DE19743169A1 - Process for frame synchronization of a received signal - Google Patents

Process for frame synchronization of a received signal

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Abstract

The invention relates to a method for frame-synchronising a receive signal with a signal structure which has successive signal frames, each with a test sequence and a data sequence. According to said method, the receive signal is constantly correlated with a reference signal and the correlation signal is subdivided into segments which are the same length as the signal frames. An averaged correlation signal segment for evaluation is then generated by assembling successive correlation signal segments. Said segments are preferably assembled after the prior generation of the absolute-value squares and by means of recursive averaging. The position of a test sequence within the averaged correlation signal segment is preferably established by maximum detection.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rahmensynchronisation eines Emp­ fangssignals nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for frame synchronization of an emp catch signal according to the preamble of claim 1.

Zur Signalübertragung über Übertragungskanäle mit zeitveränderlichen Eigen­ schaften ist es üblich, das Signal in aufeinanderfolgende Signalrahmen kon­ stanter Länge zu unterteilen und in jedem Signalrahmen eine Testfolge mit empfängerseitig bekannter Folge von Testsymbolen vorzusehen, siehe z. B. A. Brakemeier, "Digitaler Mittelwellenrundfunk" in telekom praxis 9/96, Seite 33-38. Das Empfangssignal wird abgetastet und mit einer Filterfunktion korreliert. Die Filterfunktion kann daher bezüglich der Testsymbolfolge eine Matched- Filter-Funktion oder eine Mismatched-Filter-Funktion darstellen. Aus dem Fil­ terausgangssignal kann durch Maximumdetektion die Lage der Testfolgen be­ stimmt werden.For signal transmission via transmission channels with time-varying properties it is common to con the signal in successive signal frames constant length and a test sequence in each signal frame To provide a known sequence of test symbols on the receiver side, see e.g. B. A. Brakemeier, "Digital Medium Wave Broadcasting" in telekom praxis 9/96, pages 33-38. The received signal is sampled and correlated with a filter function. The filter function can therefore be a matched Represent filter function or a mismatched filter function. From the fil ter output signal can be the location of the test sequences by maximum detection be true.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches und robustes Verfah­ ren zur Bestimmung der Lage der Testfolgen anzugeben.The object of the present invention is a simple and robust process to determine the location of the test sequences.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche ent­ halten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The invention is described in claim 1. The subclaims ent hold advantageous refinements and developments of the invention.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfordert keine aufwen­ digen Prüfalgorithmen oder Signalanalysen und ist besonders einfach zu reali­ sieren. Voraussetzung ist im wesentlichen neben der Kenntnis der Testfolgen nur die Kenntnis der genauen Rahmenlänge. Dies ist im allgemeinen gegeben.The implementation of the method according to the invention does not require any effort test algorithms or signal analysis and is particularly easy to implement  sieren. In addition to knowledge of the test sequences, this is essentially a prerequisite just knowing the exact frame length. This is generally the case.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise basiert auf einfachen und störunemp­ findlichen Verarbeitungsschritten und ist mit geringem Aufwand realisierbar. Das Verfahren ist auch bei Übertragungskanälen mit starker Phasendrehung zwischen aufeinanderfolgenden Testfolgen verwendbar.The procedure according to the invention is based on simple and interference-free sensitive processing steps and can be implemented with little effort. The procedure is also for transmission channels with a strong phase shift usable between successive test sequences.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele noch eingehend erläutert.The invention is based on preferred exemplary embodiments explained in detail.

Dabei wird ausgegangen von einem auf der Sendeseite erzeugten und über den Übertragungskanal übertragenen Signal aus aufeinanderfolgenden Rah­ men, wobei jeder Rahmen aus einer Testfolge mit einer Anzahl von NT be­ kannten Testsymbolen und einer Datenfolge mit einer Anzahl von ND Daten­ symbolen besteht und damit eine gesamte Rahmenlänge von (NT+ND) Sym­ bollängen Ts besitzt. Das Empfangssignal hat die selbe Struktur, kann aber durch den Übertragungskanal verzerrt sein.It is assumed that a signal generated on the transmission side and transmitted via the transmission channel from successive frames, each frame consisting of a test sequence with a number of N T known test symbols and a data sequence with a number of N D data symbols and thus one has total frame length of (N T + N D ) symbol lengths T s . The received signal has the same structure, but can be distorted by the transmission channel.

Das Empfangssignal wird im Empfänger mit NTS Abtastwerten je Symbol abge­ tastet und die Abtastwertfolge wird mit einem Referenzsignal komplexwertig korreliert. Das Referenzsignal kann ein Ausschnitt aus der Testfolge oder die Testfolge selbst sein. Vorzugsweise wird die gesamte Testfolge verwendet. Das Referenzsignal kann aber auch ein aus der Testfolge berechnetes Signal sein, z. B. die Stoßantwort eines Mismatched-Filters, das zu einer Teilfolge in­ nerhalb der Testfolge gehört. The received signal is sampled in the receiver with N TS samples per symbol and the sample sequence is correlated with a reference signal with complex values. The reference signal can be a section of the test sequence or the test sequence itself. The entire test sequence is preferably used. The reference signal can also be a signal calculated from the test sequence, e.g. B. the impact response of a mismatched filter that belongs to a partial sequence within the test sequence.

Das Korrelationsergebnis wird ggf. normiert, z. B. durch Betragsquadratbildung und Division durch die Energie des Empfangssignals im Korrelationsfenster. Das normierte Ausgangssignal des Korrelators sei g(t).The correlation result is normalized if necessary, e.g. B. by amount square and division by the energy of the received signal in the correlation window. The normalized output signal of the correlator is g (t).

Das Ausgangssignal g(t) des Korrelators wird in Blöcke der Länge (NT+ND) Ts zerlegt. Bei NTS Abtastwerten pro Symbol ergeben sich so (NT+ND)-NTS Teilsi­ gnale gi(k) mit
The output signal g (t) of the correlator is broken down into blocks of length (N T + N D ) T s . With N TS samples per symbol, this results in (N T + N D ) -N TS partial signals g i (k)

gi(k) = g(t = k(NT+ND) NTS + i Ts/NTS) für i = 0 . . . (NT+ND)NTS - 1
g i (k) = g (t = k (N T + N D ) N TS + i T s / N TS ) for i = 0. . . (N T + N D ) N TS - 1

Die Teilsignale gi(k) werden digital gefiltert, z. B. mit Hilfe der Rekursion. Dabei entsteht aus den mehreren Korrelationsabschnitten g(k) ein gemittelter Korrela­ tionsabschnitt
The partial signals g i (k) are digitally filtered, e.g. B. with the help of recursion. An average correlation section arises from the plurality of correlation sections g (k)

bi(k) = A.bi (k-1) + (1-A).gi (k)
b i (k) = Ab i (k-1) + (1-A) .g i (k)

der fortlaufend aktualisiert wird und wieder die Länge (NT+ND) NTS Symbollän­ gen besitzt.which is continuously updated and again has the length (N T + N D ) N TS symbol lengths.

Zur digitalen Ausführung dieser Filterung ist nur ein Speicher der Länge (NT+ND) NTS erforderlich. Die Operation entspricht einer Kurzzeitintegration mit einem Tiefpaß erster Ordnung. Der Faktor A bestimmt die Gedächtnislänge der Rahmensynchronisation. Es wird das Maximum I(k) von bi(k) über i gesucht, also
To carry out this filtering digitally, only a memory of the length (N T + N D ) N TS is required. The operation corresponds to short-term integration with a first-order low-pass filter. The factor A determines the memory length of the frame synchronization. The maximum I (k) of b i (k) over i is sought, that is

Die Folge I(k), d. h. die Folge der Maximalwerte wird zur weiteren Rahmensyn­ chronisation verwendet. Hier sind verschiedene Strategien möglich.The sequence I (k), i. H. the sequence of the maximum values becomes a further frame syn chronization used. Different strategies are possible here.

a) Schwellwertvergleicha) Threshold comparison

Wenn I(k) eine vorgegebene Schwelle überschreitet so ist die Rahmensynchro­ nisation abgeschlossen. Es wurde synchronisiert im k.ten Rahmen. Die Position der Testfolge im Rahmen ist bestimmt durch I(k).If I (k) exceeds a predetermined threshold, the frame is synchro nation completed. It was synchronized in the kth frame. The position the test sequence in the frame is determined by I (k).

b) Maximum stets an gleicher Stelleb) Maximum always in the same place

Wenn I(k) konstant ist für k = k0 . . . k0 + n, n < 1, so ist die Rahmensynchronisa­ tion gefunden im Rahmen k0. Die Position im Rahmen ist I(k0).If I (k) is constant for k = k 0 . . . k 0 + n, n <1, the frame synchronization is found in the frame k 0 . The position in the frame is I (k 0 ).

Die Korrelation mit dem Referenzsignal Sref kann mehrstufig erfolgen. Wenn das Referenzsignal die Länge Tref besitzt, so wird in der Regel die Korrelation kohärent, d. h. unter Berücksichtigung von Phasenlage des Empfangssignals und Referenzsignal durchgeführt, als Tref
The correlation with the reference signal S ref can take place in several stages. If the reference signal has the length T ref , the correlation is usually carried out coherently, ie taking into account the phase position of the received signal and the reference signal, as T ref

gc(t) = ∫0 Tref sref(r)s*(t+r)dr.g c (t) = ∫ 0 T ref s ref (r) s * (t + r) dr.

Die Integration erstreckt sich über die Länge Tref des Referenzsignals. Bei digi­ taler Realisierung sind sowohl das Empfangssignal s(t) als auch das Referenz­ signal sref(t) mit der gleichen Abtastrate abgetastet. Die Integration wandelt sich in eine Summe, die genau die Abtastwerte über die Länge des Referenzsignals enthält.The integration extends over the length T ref of the reference signal. In digital implementation, both the received signal s (t) and the reference signal s ref (t) are sampled at the same sampling rate. The integration converts into a sum that contains exactly the samples over the length of the reference signal.

Es ist möglich, das Integrationsintervall in Kref Teilintervalle zu zerlegen, wobei sich das k-te Teilintervall erstreckt von Tref(k) . . . Tref(k+1). Dann kann gc(t) als Summe geschrieben werden
It is possible to split the integration interval into K ref subintervals, the kth subinterval extending from T ref (k). . . T ref (k + 1). Then g c (t) can be written as a sum

gc(t) - gc (0)(t)+gc (1)(t) + . . . + gc (Kref-1) (t)
g c (t) - g c (0) (t) + g c (1) (t) +. . . + g c (K ref -1) (t)

mit
With

Durch eine Normierungsoperation wird normalerweise gc(t) in normierter Form dargestellt, z. B.
A normalization operation normally represents g c (t) in normalized form, e.g. B.

g(t) = |gc(t)|r/E(t) = ||gc(t)||
g (t) = | g c (t) | r / E (t) = || g c (t) ||

Meist wird die quadratische Norm r = 2 verwendet und es wird auf die Energie E(t) des Empfangssignals im Korrelationsfenster normiert, mit
Usually the quadratic norm r = 2 is used and it is normalized to the energy E (t) of the received signal in the correlation window, with

E(t) = ∫0 Tref |s(t+r)|rdr
E (t) = ∫ 0 T ref | s (t + r) | r dr

Die Normierungsoperation kann aber auch auf die Teilintegrale angewendet werden. Dies ist die nicht kohärente Korrelation
The normalization operation can also be applied to the partial integrals. This is the non-coherent correlation

g'(t) = ||gc (0)(t)||+||gc (1)(t)||+ . . . +||gc (Kref-1) (t)||
g '(t) = || g c (0) (t) || + || g c (1) (t) || +. . . + || g c (K ref -1) (t) ||

Die nicht kohärente Korrelation ist robuster gegen Frequenzverschiebung zwi­ schen Sender und Empfänger.The non-coherent correlation is more robust against frequency shift between sender and receiver.

Wenn ein Phasenvektor unterschiedliche Gesamtphasen der Testfolgen be­ schreibt, so funktioniert das Verfahren unverändert. Die Phase einer Testfolge fällt durch die Betragsbildung bei der Normierung des Korrelatorausgangs her­ aus. If a phase vector be different total phases of the test sequences writes, the procedure works unchanged. The phase of a test sequence falls due to the amount formation in the normalization of the correlator output out.  

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens auf verschiedene Weise variier­ bar.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described, but vary in different ways within the scope of professional skill bar.

Claims (5)

1. Verfahren zur Rahmensynchronisation eines in aufeinanderfolgende Signal­ rahmen gleicher Länge unterteilten Empfangssignals anhand von Testfol­ gen, welche mit einem empfängerseitigen Referenzsignal korreliert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Empfangssignal zumindest über einen der Länge mehrerer Signalrahmen entsprechenden Zeitabschnitt mit dem Referenzsignal korreliert wird, und daß aus dem dabei entstehenden Korrelationssignal mehrere aufeinanderfolgende Abschnitte der selben Län­ ge wie die Signalrahmen zu einem gemittelten Korrelationssignalsabschnitt zusammengefaßt werden.1. A method for frame synchronization of a received signal divided into successive signal frames of the same length on the basis of test sequences which are correlated with a receiver-side reference signal, characterized in that the entire received signal is correlated with the reference signal at least over a period corresponding to the length of a plurality of signal frames, and that from the resulting correlation signal, several successive sections of the same length as the signal frames are combined to form an averaged correlation signal section. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Zusam­ menfassung Betrag, Betragsquadrat oder eine höhere Potenz des Betrags des Korrelationssignals gebildet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that before the together Amount, amount square or a higher power of the amount of the correlation signal are formed. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangssignal normiert wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Receive signal is normalized. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gemittelte Korrelationssignalabschnitt durch rekursive Mittelwertbildung fortlaufend aktualisiert wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the averaged correlation signal section by recursive averaging is continuously updated. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Position einer Testfolge innerhalb einer Rahmenlänge durch Maximum­ detektion im gemittelten Korrelationssignalabschnitt bestimmt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the position of a test sequence within a frame length by maximum Detection is determined in the averaged correlation signal section.
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