DE19525426C1 - Verfahren zur Synchronisation der Zeitbasis einer Empfangseinheit auf die Zeitbasis einer Sendeeinheit bei einer Telekommunikationseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation der Zeitbasis einer Empfangseinheit auf die Zeitbasis einer Sen­ deeinheit bei einer Telekommunikationseinrichtung.

Da die Zeitbasen von Sendeeinheit und Empfangseinheit einer Telekommunikationseinrichtung - beispielsweise von Basissta­ tion und Mobilteil eines Schnurlossystems - voneinander ab­ weichen, wird eine Synchronisation im normalen Betrieb, d. h. während einer bestehenden Verbindung, fortlaufend durchge­ führt. So werden beispielsweise bei einem DECT-Schnurlossy­ stem (Digital European Cordless Telecommunication) Synchroni­ sationsdaten zur Taktrückgewinnung und zur Synchronisation der Empfangseinheit im jeweiligen Kanalzeitschlitz eines Übertragungsrahmens bei jedem Datenburst gesendet - siehe "Struktur des DECT-Standards", von U. Pilger, Nachrichten­ technik Elektronik 42 (1992), Januar/Februar, No 1., Seiten 23 bis 29.

Aus dem Buch von Bernard Sklar: "Digital Communications; Fundamentals and Applications", Prentice Hall, 1988, Seiten 456 bis 458 ist ein Verfahren zur Synchronisation einer Empfangseinheit be­ kannt, bei dem unter Verwendung einer Regelschleife ein Da­ tentaktsignal auf die in der Empfangseinheit eintreffenden Datensymbole synchronisiert wird. Zu diesem Zweck werden durch getrennte Integration eines Eingangssignals, bestehend aus einem oder mehreren Datensymbolen, über ein erstes Zei­ tintervall und über ein zweites Zeitintervall zwei Ver­ gleichssignale gebildet. Aus der Differenz der beiden Ver­ gleichssignale ergibt sich bei Abweichung des Datentaktsi­ gnals von den eintreffenden Datensymbolübergängen ein Fehler­ signal, das von einem in der Regelschleife angeordneten Os­ zillator als Korrektursignal für das am Ausgang abgegebene Datentaktsignal im Empfangsfall während einer Verbindung ver­ wendet wird.

Bei einer Verbindungsunterbrechung zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit ist ein Wiederaufbau der Verbindung nur innerhalb einer minimalen Zeitdauer im Millisekundenbe­ reich möglich, so daß bei Empfangsausfall in der Empfangsein­ heit ein Synchronisationsverlust droht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das auch bei Emp­ fangsausfall die Synchronisation in der Empfangseinheit auf­ rechterhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Aus den während einer bestehenden Verbindung empfangenen Syn­ chronisationsdaten wird von der Empfangseinheit ein Ist-Syn­ chronisationssignal ermittelt und mit einem Soll-Synchronisa­ tionssignal bezüglich deren Lage zueinander verglichen. Bei jeder Abweichung des Ist-Synchronisationssignals von dem Soll-Synchronisationssignal wird ein Fehlersignal erzeugt und in einem festgelegten Zeitabschnitt die auftretenden Fehler­ signale gezählt sowie deren Anzahl gespeichert. Von der Emp­ fangseinheit wird aus der Anzahl der gespeicherten Fehlersi­ gnale jeweils ein Korrektursignal abgeleitet wird, das im Empfangsfall während einer Verbindung und/oder bei Empfangs­ ausfall während einer Verbindungsunterbrechung zur Synchroni­ sation verwendet wird. Auf diese Weise wird die Dauer der Verbindungsunterbrechungszeit, in der eine Synchronisation der Zeitbasis der Empfangseinheit noch erfolgt, verlängert. Die Verlängerung der Zeitdauer der Verbindungsunterbrechung ohne Synchronisationsverlust erhöht die Wahrscheinlichkeit, daß inzwischen die Verbindung wiederhergestellt ist und damit ein im Datenburst übertragenes und zur Synchronisation vor­ gesehenes Synchronisationsbit zur Verfügung steht.

Die Erfindung wird anhand eines in einer Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, die eine Empfangsein­ heit einer Telekommunikationseinrichtung mit den Einrichtun­ gen zur Synchronisation der Zeitbasis bei Empfangsausfall zeigt.

Die Telekommunikationseinrichtung ist beispielsweise ein DECT-Schnurlossystem mit einer Basisstation und mindestens einem Mobilteil zur drahtlosen Signalübertragung über die Luftschnittstelle. Das oder die Mobilteile und die Basissta­ tion können jeweils als Empfangseinheit oder als Sendeeinheit zur Signalübertragung verwendet werden. Da in der Regel die Zeitbasen von Basisstation und Mobilteil voneinander abwei­ chen, erfolgt während einer bestehenden Verbindung eine fort­ laufende Synchronisation zur Neutralisierung der Abweichun­ gen. So werden Synchronisationsdaten zur Taktrückgewinnung und zur Synchronisation der Empfangseinheit in jedem Kanal­ zeitschlitz eines Übertragungsrahmens - beispielsweise eines TDMA-Rahmens (Time Division Multiple Access) - von der Sende­ einheit zur Empfangseinheit mit jedem Datenburst ausgesendet. Bei dem DECT-Schnurlossystem enthalten die Synchronisations­ daten beispielsweise ein Synchronisationswort mit einer Wort­ breite von 16 Bit.

Die in der Empfangseinheit eintreffenden Daten des Daten­ bursts werden in ein Schieberegister eingeschrieben, dessen Registerinhalt jeweils mit dem für das DECT-Schnurlossystem fest vorgegebenen und bekannten Synchronisationswort solange verglichen wird, bis die richtigen Synchronisationsdaten er­ kannt sind. Von der Empfangseinheit wird das im empfangenen Synchronisationswort enthaltene Ist-Synchronisationsbit ISB ermittelt und mit einem Soll-Synchronisationsbit SSB, das als Referenzbit dient, bezüglich deren Lage zueinander vergli­ chen. Die Empfangseinheit weist einen Vergleicher COM auf, dessen Eingängen das Ist-Synchronisationsbit ISB und das Soll-Synchronisationsbit SSB zugeführt werden. Liegt das Ist- Synchronisationsbit ISB zu früh oder zu spät gegenüber dem Soll-Synchronisationsbit SSB, d. h. die Bitpositionen der beiden Synchronisationsbits sind verschieden, liefert der Vergleicher COM ein Fehlersignal ER. Darüberhinaus gibt der Vergleicher COM ein Steuersignal CE ab, das das zu frühe oder zu späte Eintreffen des Ist-Synchronisationsbits ISB anzeigt.

An den Vergleicher COM ist eine Fehlerzähleinrichtung ECT an­ geschaltet, die an seinem Dateneingang das. Fehlersignal ER und an seinem Takteingang das Steuersignal CE vom Vergleicher COM empfängt. Dabei ist die zeitliche Folge der ermittelten Fehlersignale - z. B. 0000111100101010 . . . - ein Maß für die Differenz der Zeitbasen von Empfangseinheit und Sendeeinheit.

Die Fehlersignale bestehen aus Fehlerbits, d. h. jeweils aus einer binären Null oder einer binären Eins, wobei eine Null keine Abweichung und eine Eins ein zu frühes Ist-Synchronisa­ tionsbit bzw. ein zu spätes Ist-Synchronisationsbit bedeutet.

Das Zählen der Fehlersignale ER erfolgt durch die Fehlerzähl­ einrichtung ECT in einem festgelegten Zeitabschnitt, dessen Dauer durch eine Taktfrequenz BUFR für die Datenburstübertra­ gung und durch die Anzahl der Zählschritte einer Rahmenzähl­ einrichtung FCT bestimmt wird. Die Rahmenzähleinrichtung FCT empfängt an ihrem Takteingang die Taktfrequenz BUFR und sen­ det an ihrem Datenausgang ein Zählsignal C, das jeweils den aktuellen Zählschritt angibt. Die Rahmenzähleinrichtung FCT weist einen Rücksetzeingang auf, an dem sie durch ein Rück­ setzsignal RES zurückgesetzt werden kann, sobald Empfangsaus­ fall während einer Verbindungsunterbrechung zwischen Sende­ einheit und Empfangseinheit auftritt. Durch das Rücksetzen wird eine fehlerhafte Ermittlung der Anzahl der in dem fest­ gelegten Zeitabschnitt aufgezeichneten Fehlersignale verhin­ dert.

Die Fehlerzähleinrichtung ECT und die Rahmenzähleinrichtung FCT sind beispielsweise binäre Zähleinrichtungen. Das höchst­ wertige Bit an den parallelen Datenausgängen der Fehlerzäh­ leinrichtung ECT ist ein Vorzeichenbit, das anzeigt, ob die Zeitbasis der Empfangseinheit schneller oder langsamer ist als die Zeitbasis der Sendeeinheit. An die Fehlerzähleinrich­ tung ECT ist ein Speicher LA zur Speicherung der von der Feh­ lerzähleinrichtung ECT gelieferten Anzahl von Fehlersignalen in dem festgelegten Zeitabschnitt angeschlossen. Der Speicher LA weist neben parallelen Dateneingängen zur Übernahme der Fehlersignalanzahl einen Steuereingang auf, der mit dem von der Rahmenzähleinrichtung FCT erzeugten Zählsignal C be­ schaltet ist. Angenommen, die Taktfrequenz BUFR beträgt 100 Hz, was eine Übertragungsrahmendauer von 10 ms bedeutet, und die Bitbreite der binären Rahmenzähleinrichtung FCT ist 7 Bit, was zu insgesamt 128 Zählschritten führt, ergibt sich ein Zeitabschnitt für die Aufzeichnung der Fehlersignale von insgesamt 1,28 Sekunden. Der Speicher LA besteht beispiels­ weise aus einem Latch, in dem die in der Fehlerzähleinrich­ tung ECT ermittelte Fehlersignalanzahl am Ende der durch die Rahmenzähleinrichtung FCT festgelegten Zählperiode eingetra­ gen ist.

Bei Empfangsausfall während einer Verbindungsunterbrechung zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit wird die im Spei­ cher LA abgelegte Anzahl von Fehlersignalen - beispielsweise veranlaßt durch eine Steuereinrichtung in der Empfangseinheit - ausgelesen. Das an den parallelen Datenausgängen des Spei­ chers anliegende höchstwertige Datenbit liefert ein Vorzei­ chensignal BC, das einer Synchronisationseinrichtung SYU zu­ geführt wird. Die Datenausgänge des Speichers LA sind mit Da­ teneingängen einer nachgeschalteten Komplementschaltung KOMP verbunden, die aus parallel angeordneten EXOR-Gattern und ei­ nem Addierer besteht. Durch eine erste Reihe von EXOR-Gattern wird das höchstwertige Datenbit jeweils mit den übrigen parall ausgelesenen Datenbits des Speichers LA verknüpft. Eine zweite Reihe von EXOR-Gattern verschaltet fest angelegte Datenbits, bestehend aus einer Folge von Nullen, mit dem niedrigstwertigen Datenbit der Speichereinrichtung LA. Die sich ergebenden Ausgangssignale der EXOR-Gatter werden in ei­ nem Addierer summiert. Der Zweck der Komplementschaltung KOM besteht darin, die auf das höchstwertige Datenbit folgenden Datenbits dann zu invertieren, wenn ein negativer Speicherin­ halt (höchstwertiges Datenbit im Speicher LA ist eine Eins) vorliegt.

An die Komplementschaltung KOMP ist ein Addierer ADD ange­ schaltet, der die aus dem Speicher LA ausgelesenen und bei negativem Speicherinhalt invertierten Datenbits mit Ausnahme des höchstwertigen Datenbits an parallelen Dateneingängen übernimmt. Addiert werden diese Datenbits mit Datenbits, die an den parallelen Datenausgängen des Addierers ADD ausgege­ ben, in einem nachgeschalteten Speicher LA′ zwischengespei­ chert und von dort an weitere parallele Dateneingänge, zeit­ lich um einen Taktzyklus verzögert, abgegeben werden. Die zeitliche Verzögerung der an den Datenausgängen des Addierers ADD abgegebenen Datenbits erfolgt jeweils durch die Taktperi­ ode der Taktfrequenz BUFR. Der Speicher LA′ besteht ebenfalls aus einem Latch, dessen Takteingang die Taktfrequenz BUFR empfängt. Die Dateneingänge der Speichereinrichtung LA′ sind an die Datenausgänge der Addiereinrichtung ADD angeschlossen. Dabei ist die Datenbreite des Speichers LA′ und somit die An­ zahl der von der Addiereinrichtung ADD zu addierenden Daten­ bits identisch mit der Datenbreite der im Speicher LA gespei­ cherten Anzahl der Fehlersignale.

An den Datenausgängen des Addierers ADD wird jeweils an der höchstwertigen Bitstelle des Additionsergebnisses ein Korrek­ tursignal CS abgenommen und der Synchronisationseinrichtung SYU zugeführt. Durch die synchrone Taktsteuerung der Rahmen­ zähleinrichtung FCT und des Speichers LA′ mit der Taktfre­ quenz BUFR wird bei jeder Taktperiode ein Korrektursignal CS erzeugt. Das Korrektursignal CS wird von der Synchronisati­ onseinrichtung SYU mit dem Vorzeichensignal BC verknüpft, so daß ein Ausgangssignal SYS zur Synchronisation und ein Zähl­ steuersignal CC für eine Bitzähleinrichtung BCT abgegeben wird. Das Zählsteuersignal CC bewirkt das Inkrementieren bzw. das Dekrementieren der Bitzähleinrichtung BCT für den Fall, daß das Vorzeichensignal BC negativ bzw. positiv ist. Das Ausgangssignal SYS wird abgegeben, sobald der die Synchroni­ sationsdaten aufweisende Kanalzeitschlitz des Übertragungs­ rahmens im Empfangsfall vorliegt bzw. bei Empfangsausfall vorliegen sollte. Durch die Addition der um einen Taktzyklus verzögerten Datenbits mit den aktuellen Datenbits in dem Ad­ dierer ADD kann an dem das höchstwertige Datenbit führenden Datenausgang bei Empfangsausfall eine Folge von Korrektursi­ gnalen CS aus der im Empfangsfall gespeicherten Anzahl von Fehlerbits nachgebildet werden.

Da in dem jeweiligen Übertragungsrahmen zur Übertragung der Synchronisationsdaten und der Nutzdaten jeweils mehrere Zeit­ schlitze zur Übertragung einer Vielzahl von Datenbits während eines Datenburst s zusammengefaßt sind, weist die Empfangsein­ heit neben der Bitzähleinrichtung BCT für die Datenbits in jedem einzelnen Zeitschlitz auch eine Zeitschlitzzähleinrich­ tung SCT für die Anzahl der Zeitschlitze auf. Dabei ist der Datenausgang der Bitzähleinrichtung BCT an den Dateneingang der Zeitschlitzzähleinrichtung SCT angeschaltet. Die Bitzähl­ einrichtung BCT verfügt über einen Takteingang, der mit ei­ ner Bittaktfrequenz BFR beschaltet ist. Die Bittaktfrequenz BFR liegt dabei wesentlich höher als die Taktfrequenz BUFR, beispielsweise im MHz-Bereich.

Die parallelen Datenausgänge der Bitzähleinrichtung BCT und die parallelen Datenausgänge der Zeitschlitzzähleinrichtung SCT sind mit Dateneingängen der Synchronisationseinrichtung SYU verbunden. Außerdem weist die Synchronisationseinrichtung SYU einen Takteingang auf, der mit der Bittaktfrequenz BFR beschaltet ist. Das Korrektursignal CS hat zusammen mit dem Vorzeichensignal BC die Funktion, insbesondere bei Empfangs­ ausfall die Synchronisation in der Empfangseinheit aufrecht­ zuerhalten, da während einer Verbindungsunterbrechung kein Synchronisationsbit in den Synchronisationsdaten empfangen werden kann. Dies führt zu einer Verlängerung der Ausfallzeit während der Verbindungsunterbrechung ohne Synchronisations­ verlust in der Empfangseinheit der Telekommunikationseinrich­ tung. Sobald die Verbindung zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit wieder besteht, kann die Synchronisation anhand des in den übertragenen Synchronisationsdaten enthal­ tenen Synchronisationsbits durchgeführt werden.

Es ist möglich, das Ausgangssignal SYS als Soll-Synchronisa­ tionsbit SSB auf den Vergleicher COM rückzuführen, um auch im Empfangsfall während einer Verbindung die Synchronisation an­ hand des Korrektursignals CS und des Vorzeichensignals BC un­ ter Verwendung der Synchronisationseinrichtung SYU durchzu­ führen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Synchronisation der Zeitbasis einer Emp­ fangseinheit auf die Zeitbasis einer Sendeeinheit bei einer Telekommunikationseinrichtung, bei dem von der Empfangsein­ heit ein Korrektursignal im Empfangsfall während einer Ver­ bindung zur Synchronisation verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• - Synchronisationsdaten empfangen werden, aus denen ein Ist- Synchronisationssignal (ISB) ermittelt wird, das mit einem Soll-Synchronisationssignal (SSB) verglichen wird, ob das Ist-Synchronisationssignal (ISB) früher oder später liegt als das Soll-Synchronisationssignal (SSB),
• - ein Fehlersignal (ER) bei jeder Abweichung der beiden Syn­ chronisationsignale (ISB, SSB) erzeugt und in einem festge­ legten Zeitabschnitt die auftretenden Fehlersignale (ER) gezählt werden sowie die Anzahl der Fehlersignale (ER) ge­ speichert wird und daß
• - aus der Anzahl der gespeicherten Fehlersignale (ER) jeweils ein Korrektursignal (CS) abgeleitet wird, das auch bei Emp­ fangsausfall während einer Verbindungsunterbrechung zur Synchronisation verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum jeweiligen Korrektursignal (CS) ein Vor­ zeichensignal (BC) abgeleitet wird und daß von einer Synchro­ nisationseinrichtung (SYU) aus dem Korrektursignal (CS) und dem Vorzeichensignal (BC) ein Ausgangssignal (SYS) zur Syn­ chronisation und ein Zählsteuersignal (CC) zum Inkrementieren oder Dekrementieren einer Bitzähleinrichtung (BCT) bei Ausga­ be des Ausgangssignals (SYS) erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (SYS) dann abgegeben wird, wenn in der Empfangseinheit der Zeitschlitz eines Übertragungsrahmens mit den darin enthaltenen Synchronisationsdaten vorliegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (SYS) als Soll-Synchronisationssignal (SSB) zum Vergleich mit dem Ist-Synchronisationssignal (ISB) rückgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektursignale (CS) dadurch erzeugt werden, daß die gespeicherte Anzahl der Fehlersignale (ER) als Eingangssigna­ le einem Addierer (ADD) zugeführt wird, die Ausgangssignale des Addierers (ADD) um eine Taktperiode einer Taktfrequenz verzögert und die verzögerten Ausgangssignale als Eingangssi­ gnale zu der Anzahl der Fehlersignale (ER) addiert werden.

6. Verfahren nach nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Zeitabschnitts durch die Periodendauer ei­ ner Taktfrequenz (BUFR), die für einen die Synchronisations­ daten enthaltenden Übertragungsrahmen verwendet wird, und durch die Anzahl der Zählschritte einer Rahmenzähleinrichtung (FCT), die die Taktfrequenz (BUFR) empfängt, bestimmt wird.