DE4018911A1 - Frame synchronisation procedure for phase keying and AM - recognising symbol position of sub-alphabet in symbol train by selection of signal alphabet lower quantities - Google Patents

Frame synchronisation procedure for phase keying and AM - recognising symbol position of sub-alphabet in symbol train by selection of signal alphabet lower quantities

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Abstract

By selection of sub.vol of the signal alphabet, using known synchronisation sequence, the position of the sub-alphabet symbols in the sequences is detected and a possible carrier phase deviation is determined. Pref., the components in a first external code word of a generalised code are set onto a fixed, known value. The distance of the first outer code word is increased by at least the number of fixed positions w.r.t. a time-variable process. USE/ADVANTAGE - Both time-variable, coded phase keying and for quadrature AM. No need for extra synchronisation blocks, or distributed synchronisation signs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rahmensynchronisation nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a method for frame synchronization according to the preamble of the main claim.

Es sind Verfahren zur Verbesserung der Phasensynchronisation durch Verwendung codierter zeitvarianter Modulation auf der Grundlage von Faltungscodes zum Beispiel aus Hagenauer, J., Sundberg, C.- E. W.: "Hybrid Trellis-Coded 8/4-PSK Modulation Systems", eingereicht bei: IEEE Trans. on Communications; Bertelsmeier M., Komp, G.: "Trellis-Coded 8PSK with Embedded QPSK", IEEE JSAC, Vol. SAC-7, Dez. 1989; Komp, G., Bertelsmeier M.: "Coded Phase-Shift Keying with Time-Varying Signal Sets", Proceedings of ICDSC 8, Guadeloupe, 24.-28. April 1989 und Europäisches Patent: Publication No. 03171227, Application No. 88310341.8, Date of filing: 03. 11. 88 bekannt.There are methods to improve phase synchronization through Use coded time-based modulation based of convolutional codes, for example from Hagenauer, J., Sundberg, C.- E. W .: "Hybrid Trellis-Coded 8/4 PSK Modulation Systems", submitted to: IEEE Trans. on Communications; Bertelsmeier M., Komp, G .: "Trellis-Coded 8PSK with Embedded QPSK", IEEE JSAC, Vol. SAC-7, Dec. 1989; Komp, G., Bertelsmeier M .: "Coded phase shift Keying with Time-Varying Signal Sets ", Proceedings of ICDSC 8, Guadeloupe, 24-28 April 1989 and European patent: Publication No. 03171227, Application No. 88310341.8, Date of filing: 03. 11. 88 known.

Hier werden insbesondere 4-PSK-Symbole in eine Folge von 8-PSK- Symbolen eingefügt. Dies geschieht unter Abwandlung sogenannter Trellis-Codes nach Ungerböck, G.: "Channel Coding with Multilevel/Phase Signals", IEEE Trans. on Information Theory, Vol. IT-28, Nr. 1, S. 55-67, Jan. 1982. Genutzt wird die Tatsache, daß der Haltebereich der Trägerphasen-Regelschleife bei 4-PSK doppelt so groß wie bei 8-PSK ist. Diese zeitvarianten codierten Modulationsverfahren erfordern eine zusätzliche Rahmensynchronisation, um die Lage der Symbole aus dem eingeschränkten Symbolalphabet (z. B. 4-PSK) aufzufinden. In den genannten Veröffentlichungen finden sich hierzu keine Vorschläge. Here in particular 4-PSK symbols in a sequence of 8-PSK Symbols inserted. This happens with a modification of so-called Trellis codes according to Ungerböck, G .: "Channel Coding with Multilevel / Phase Signals ", IEEE Trans. On Information Theory, Vol. IT-28, No. 1, pp. 55-67, Jan. 1982. The fact is used that the holding area of the carrier phase control loop doubles at 4-PSK as big as 8-PSK. These time variants coded Modulation methods require an additional one Frame synchronization to the location of the symbols from the find restricted symbolic alphabet (e.g. 4-PSK). In the The publications mentioned do not contain any suggestions.  

Bei der praktischen Realisierung des Modems als Labormuster nach Bertelsmeier/Komp erfolgte diese Rahmensynchronisation der Einfachheit halber durch eine einfache Nulldurchgangsdetektion der Inphase- bzw. Quadraturkomponente, ausgewertet mit einer Zähleinheit. Bei Bertelsmeier/Komp wird diese Rahmensynchronisation des zeitvarianten Modulationsablaufs als "Intervall-Synchronisation" bezeichnet. Diese ist zu unterscheiden von einer Rahmensynchronisation, die natürlich bei jeglicher geblockter Datenübertragung, z. B. als Sync-Header, vorzusehen ist. Das hier vorgestellte Verfahren ist jedoch gleichzeitig auch für diese Aufgabe anwendbar und ein Sync-Header kann dann völlig entfallen.In the practical implementation of the modem as a laboratory sample This frame synchronization was carried out by Bertelsmeier / Komp For the sake of simplicity, by a simple zero crossing detection of the In-phase or quadrature component, evaluated with a Counting unit. At Bertelsmeier / Komp this is Frame synchronization of the time-variant modulation process as "Interval synchronization" called. A distinction must be made of a frame synchronization, which of course with any blocked data transmission, e.g. B. as a sync header. However, the method presented here is also for this task is applicable and a sync header can then be used entirely omitted.

Weiterhin fehlen Vorschläge zur zeitvarianten codierten Modulation auf der Basis von Blockcodes. Zeitinvariante blockcodierte Modulation wurde in einigen Veröffentlichungen, z. B. Mac Williams, F. J., Sloane, N. J. A.: "The Theory of Error-Correcting Codes", 4th ed., North Holland, Amsterdam, New York, Oxford, Tokyo, 1977, S. 590 ff.; Zinoviev, V. A.: "Generalized Concatenated Codes for Channels with Error Bursts and Independent Errors", translated from Problemy Peredachi Informatsii, Vol. 17, Nr. 4, S. 53-56, Oct./Dez. 1981, Plenum Publishing Corporation 1982; Zinoviev, V. A., Zyablov, V. A., Portnoy, S. L.: "Concatenated Methods for Construction and Decoding of Codes in Euclidean Space", preprint, USSR Academy of Science, Institute for Problems of Information Transmission, 1987; Sayegh, S. I.: "A Class of Optimum Block Codes in Signal Space", IEEE Trans. on Communications, Vol. COM-34, Nr. 10, S. 1043-1045, Okt. 1986; Cusack, E. L.: "Error Control Codes for QAM Signalling", Electronics Letters, Vol. 20, S. 62-63, 1984; Forney, G. D. Jr.: "Coset Codes - Part 1/2", Trans. on Information Theory, Vol. IT-34, Nr. 5, S. 1123-1187, Sept. 1988, vorgeschlagen, wobei zu bemerken ist, daß die einzelnen Beschreibungen teils äquivalent sind. Die Erfindung stützt sich auf die sogenannten "Generalized Concatenated Codes" nach Zinoviev.There are also no suggestions for time-variant coded modulation based on block codes. Block-coded time invariant Modulation has been used in some publications, e.g. B. Mac Williams, F.J., Sloane, N.J.A .: "The Theory of Error-Correcting Codes", 4th ed., North Holland, Amsterdam, New York, Oxford, Tokyo, 1977, P. 590 ff .; Zinoviev, V. A .: "Generalized Concatenated Codes for Channels with Error Bursts and Independent Errors ", translated from Problemy Peredachi Informatsii, Vol. 17, No. 4, pp. 53-56, Oct./Dec. 1981, Plenum Publishing Corporation 1982; Zinoviev, V. A., Zyablov, V. A., Portnoy, S. L .: "Concatenated Methods for Construction and Decoding of Codes in Euclidean Space ", preprint, USSR Academy of Science, Institute for Problems of Information Transmission, 1987; Sayegh, S. I .: "A Class of Optimum Block Codes in Signal Space ", IEEE Trans. on Communications, Vol. COM-34, No. 10, pp. 1043-1045, Oct. 1986; Cusack, E. L .: "Error Control Codes for QAM Signaling ", Electronics Letters, Vol. 20, pp. 62-63,  1984; Forney, G.D. Jr.: "Coset Codes - Part 1/2", Trans. On Information Theory, Vol. IT-34, No. 5, pp. 1123-1187, Sept. 1988, proposed, it should be noted that the individual Descriptions are partly equivalent. The invention is based to the so-called "Generalized Concatenated Codes" Zinoviev.

Die bislang eingesetzten bekannten Verfahren zur Rahmensynchronisation zum Erkennen von Symbolen aus Unteralphabeten bzw. Modulationsintervallen (Experimental-Modem nach Bertelsmeier/Komp), benötigen zu lange Zeit zum Aufsynchronisieren und erwiesen sich im Laborbereich auch als zu unsicher.The known methods used to date Frame synchronization for recognizing symbols Sub-alphabets or modulation intervals (experimental modem according to Bertelsmeier / Komp), take too long time to Synchronize and proved to be too in the laboratory area uncertain.

Zeitlicher Schlupf, wie er z. B. bei Fading-Kanälen auftritt, hat lange Sync-Ausfälle zur Folge.Temporal slip, as he z. B. occurs in fading channels long sync failures.

Zusätzlich fehlen Verfahren zur Rahmensynchronisation bei blockweiser Übertragung, die nicht auf das Einfügen eines Synchronisationsblocks in die Datenfolge angewiesen sind, was zu einer Reduzierung der zur Verfügung stehenden Datenrate führt. Ebenfalls fehlt eine Spezifikation zeitvarianter blockcodierter Modulation.In addition, procedures for frame synchronization are missing block transfer that is not based on inserting a Synchronization blocks in the data sequence are dependent on what leads to a reduction in the available data rate. A specification of time-variant block-coded is also missing Modulation.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Rahmensynchronisation zum Erkennen der Modulationsfolge oder auch von Datenrahmen bei geblockter Datenübertragung für zeitvariante codierte Modulationsverfahren zu entwickeln, die keine zusätzlich eingeführten Synchronisationsblöcke oder verteilte Synchronisationszeichen erfordert, wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst.The object underlying the invention, a Frame synchronization for recognizing the modulation sequence or also of data frames with blocked data transmission for time variant to develop coded modulation methods that do not add any introduced synchronization blocks or distributed  Synchronization characters required by the in the main claim characterized invention solved.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further embodiments of the invention are in the subclaims featured.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Verfahren eine zuverlässigere Rahmensynchronisation für das Modulationsintervall oder auch für größere Datenrahmen erlaubt. Es wird eine schnellere, durch die Länge der Sync-Folge bestimmte, Aufsynchronisation ermöglicht, was beim Verbindungsaufbau und bei Kanälen mit Schlupf von besonderer Bedeutung ist. Weiterhin vorteilhaft ist dabei, daß keine zusätzlich eingefügten Synchronisationsblöcke erforderlich sind, die die Datenrate reduzieren würden.The advantages that can be achieved with the invention are in particular in that the method has a more reliable frame synchronization for the modulation interval or for larger data frames allowed. It will be faster due to the length of the sync sequence certain, synchronization enables what at Establishing a connection and, in the case of channels with slip, special Meaning is. It is also advantageous that none additionally inserted synchronization blocks are required, that would reduce the data rate.

Zusätzlich ermöglicht es die Verbindung von Rahmen- und Trägerphasen-Synchronisation durch Anwendung komplexer Kreuzkorrelation (KKF) zur Detektion der Synchronisationsfolge. Der maximale Betrag der KKF markiert dann die zeitliche Lage der Sync-Folge, während die Phase des KKF-Maximums die Trägerphasendifferenz wiedergibt.In addition, it enables the connection of frame and Carrier phase synchronization by using complex Cross correlation (KKF) for detection of the synchronization sequence. The maximum amount of the KKF then marks the timing of the Sync sequence, during the phase of the KKF maximum the Carrier phase difference represents.

Das Verfahren kann sowohl bei faltungs-, als auch blockcodierter Modulation eingesetzt werden.The method can be used for both convolution and block coding Modulation can be used.

Die einzige Figur zeigt eine Auswahl von 4-PSK Untermengen aus einer 8-PSK gemäß einer Barker-Sequenz der Länge 7. The only figure shows a selection of 4-PSK subsets an 8-PSK according to a Barker sequence of length 7.  

Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden Unteralphabete aus dem zugrunde liegenden Signalalphabet mittels üblicher Synchronisationsfolgen (z. B. Barker-Folgen) ausgewählt, d. h. die Zuordnung von Daten zu Elementen des Modulationsalphabets erfolgt abwechselnd aus verschiedenen Unteralphabeten, die gemäß einer Sync-Folge bestimmt werden.In the method according to the invention sub-alphabets from the underlying signal alphabet using common Synchronization sequences (e.g. Barker sequences) selected, i.e. H. the Data is assigned to elements of the modulation alphabet alternately from different sub-alphabets, which according to one Sync sequence can be determined.

Die Unteralphabete sind von der gewählten zeitvarianten codierten Modulation abhängig. Die Unteralphabete sind disjunkte Teilmengen des Signalalphabets gleicher Größe, wobei ein solches Unteralphabet dem ursprünglich gewählten Unteralphabet der zeitvarianten codierten Modulation entspricht. In den Zeitabschnitten, wo die Signalzustände auf Unteralphabete beschränkt sind, wird somit das Unteralphabet selbst gemäß einer Synchronisationsfolge gewechselt.The sub-alphabets are encoded by the chosen time variant Modulation dependent. The sub-alphabets are disjoint subsets the signal alphabet of the same size, such Sub-alphabet the originally selected sub-alphabet of corresponds to time-variant coded modulation. In the Periods of time where the signal states on sub-alphabets are restricted, the sub-alphabet itself is thus according to one Synchronization sequence changed.

Da codierte 8-PSK zu Instabilitäten in der Trägerphasensynchronisation neigt, wurden von Hagenauer/Sundberg und Bertelsmeier/Komp faltungscodierte zeitvariante Verfahren entwickelt, die 4-PSK-Symbole in die Folge von 8-PSK-Symbolen einfügen.Because coded 8-PSK caused instabilities in the Carrier phase synchronization tends have been developed by Hagenauer / Sundberg and Bertelsmeier / folding-coded time-variant methods developed the 4-PSK symbols in the sequence of 8-PSK symbols insert.

Das Verfahren nach der Erfindung zur Rahmensynchronisation ermittelt insbesondere die Lage der 4-PSK-Symbole oder allgemein der Symbole aus einer Untermenge des Signalalphabets (hier 8-PSK).The method according to the invention for frame synchronization determines in particular the position of the 4-PSK symbols or in general the symbols from a subset of the signal alphabet (here 8-PSK).

Eine Datenblocksynchronisation ist ebenfalls mit dem neuen Verfahren möglich. Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden anhand der codierten 4/8-PSK erläutert. A data block synchronization is also with the new Procedure possible. The method according to the invention is described in following explained using the coded 4/8 PSK.  

Die 8-PSK besteht aus zwei 4-PSK-Untermengen. Symbole, die gemäß der zeitvarianten Codierung in der 4-PSK liegen sollten, werden abwechselnd in der einen oder der anderen (phasenverschobenen) 4- PSK-Untermenge gemäß einer Sync-Folge dargestellt. Für eine Barkerfolge der Länge 7 ergäbe sich die in der Figur dargestellte Sequenz.The 8-PSK consists of two 4-PSK subsets. Symbols according to the time-variant coding should be in the 4-PSK alternating in one or the other (out of phase) 4- PSK subset shown according to a sync sequence. For one Bark successes of length 7 would result in that shown in the figure Sequence.

Potenziert man jeweils mit 4, so erhält man wieder die binäre Folge, daIf you potentiate with 4, you get the binary again Episode there

(ejn π /2)4=ejn2 π=1(e jn π / 2 ) 4 = e jn2 π = 1

(ej( f /4+n π /2))4=ej( π +n2 π )=ej π=-1.(e j ( f / 4 + n π / 2) ) 4 = e j ( π + n2 π ) = e j π = -1.

Korreliert man die potenzierte Empfangsfolge b i mit der binären Originalfolge ªi Correlating the potentiated reception sequence b i with the binary original sequence ª i

so kennzeichnet das Betragsmaximum die Lage der Sync-Sequenz im Datenstrom, während die Phase des Maximums die Trägerphasendifferenz angibt.the maximum amount indicates the position of the sync sequence in the Data stream during the phase of the maximum the Carrier phase difference indicates.

Claims (5)

1. Verfahren zur Rahmensynchronisation sowohl bei zeitvarianter codierter Phasenumtastung als auch Quadratur- Amplitudenmodulation, dadurch gekennzeichnet, daß durch Selektion ausgewählter Untermengen des Signalalphabets mit Hilfe einer an sich bekannten Synchronisationsfolge die Lage der Symbole des Unteralphabets in der Symbolfolge erkannt und daß eine eventuelle Trägerphasenabweichung ermittelt wird.1. A method for frame synchronization both with time-variant coded phase shift keying and quadrature amplitude modulation, characterized in that the position of the symbols of the sub-alphabet in the symbol sequence is recognized by selection of selected subsets of the signal alphabet using a synchronization sequence known per se and that a possible carrier phase deviation is determined . 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten im ersten äußeren Codewort eines Generalized Conc. Codes nach Zinoviev auf einen festen, bekannten Wert gesetzt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the Components in the first outer code word of a Generalized Conc. Zinoviev codes set to a fixed, known value will. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hamming-Distanz des ersten äußeren Codewortes um mindestens die Anzahl der fixen Stellen gegenüber einem zeitinvarianten Verfahren vergrößert wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that the Hamming distance of the first outer code word by at least the number of fixed positions versus a time invariant Procedure is enlarged.   4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Komponenten des ersten äußeren Codewortes einer der an sich bekannten Synchronisationsfolgen entsprechen.4. The method according to claim 2, characterized in that the fixed components of the first outer code word one of the correspond to known synchronization sequences. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisationsfolge je nach Anwendungsfall frei wählbar ist.5. The method according to claim 4, characterized in that the The synchronization sequence can be freely selected depending on the application.
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