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Gebiet der
Erfindung
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Die Erfindung betrifft das Gebiet
des Funkwesens. Die Erfindung betrifft insbesondere, aber nicht
ausschließlich,
den Mobilfunk.
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Hintergrund der Erfindung
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Mobilfunksysteme umfassen im Allgemeinen eine
Anzahl von mobilen oder tragbaren Funkeinheiten. Die Funkeinheiten
in einem öffentlichen
oder privaten Mobilfunksystem werden oft als 'Mobilstationen' bezeichnet. Die Infrastruktur des Kommunikationssystems
umfasst 'Basisstationen'. Die Basisstationen
sind feste Knoten, über
die die Mobilstationen kommunizieren können.
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Normalerweise befindet sich eine
Mobilstation innerhalb des Kommunikationsbereichs einer Basisstation
der Infrastruktur des Kommunikationssystems. In diesem Fall wird die
Mobilstation über
die Basisstation kommunizieren, wobei diese Betriebsart normalerweise
als 'Bündelmodus' bezeichnet wird. Bei
einigen Mobilfunksystemen kann jedoch eine einzelne Mobilstation
eine direkte Funkverbindung mit einer anderen Mobilstation aufbauen,
ohne dass die Nachrichtenverbindung die Infrastruktur des Kommunikationssystems
durchläuft.
Diese Form der Kommunikation zwischen zwei Mobilstationen wird als Betrieb
im 'Direktmodus' bezeichnet.
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Im Direktmodus arbeitende Mobilstationen müssen Funksignale
empfangen, die normalerweise eine größere Schwankung in ihren Parametern
zeigen als von der Infrastruktur des Kommunikationssystems kommende
Funksignale. Dies ist auf Unterschiede in den von einer Mobilstation
gesendeten Signalen im Vergleich zu den von einer Basisstation der Infrastruktur
gesendeten Signalen zurückzuführen. Zum
Beispiel gilt Folgendes:
- a) Eine Mobilstation
kann nur mit geringer oder veränderlicher
Leistung senden;
- b) Eine Mobileinheit wird normalerweise eine innere Uhr (Takt)
von geringerer Qualität
als eine Basisstation haben;
- c) Eine Mobileinheit kann sich bewegen, aber eine Basisstation
ist fest, wobei die Bewegung der Mobileinheit zu Merkmalen wie zum
Beispiel dem Rayleigh-Signalschwund führt;
- d) Eine Mobileinheit kann eine Unterbrechung seiner Übertragung
erleiden, weil es sich an einem Hindernis vorbeibewegt, wegen geringer
Leistung oder schlechter Batteriekontakte. Da diese Faktoren eine
Basisstation nicht beeinflussen, wird die Basisstation weniger oft
eine Unterbrechung ihres gesendeten Signals erleiden.
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Die von einem digitalen Kommunikationssystem
beförderte
Information kann erst abgerufen werden, wenn der Empfänger sich
erst einmal mit dem empfangenen Signal synchronisiert hat. Das den Empfänger erreichende
hochfrequente Signal wird eine Frequenz haben, die von der Frequenz
eines Oszillators in dem Sender abhängt. Ein weiterer Oszillator
in dem Empfänger
dient zum Abwärtswandeln des
empfangenen hochfrequenten Signals. Weil die Oszillatoren in dem
Sender und dem Empfänger nicht
mit genau derselben Frequenz arbeiten, hat das heruntergewandelte
Signal in dem Empfänger
eine etwas andere Frequenz als die Frequenz, die erscheinen würde, wenn
die zwei Oszillatoren identische Frequenzen hätten. Diese mangelnde Übereinstimmung
macht eine Synchronisationsschaltung in dem Empfänger notwendig, um zu 'kompensieren', dass das heruntergewandelte
Signal nicht seinen idealen, theoretischen Frequenzwert hat.
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Es besteht also in einem digitalen
Mobilfunksystem eine Notwendigkeit zur Synchronisation in dem Funkempfänger. Der
Zustand der Synchronisation zwischen dem Empfänger und dem empfangenen Signal
wird oft einfach als Lock ("lock") bezeichnet. Die
obigen Faktoren a)–d)
machen die Notwendigkeit einer genauen Synchronisation und des Erkennens
der Synchronisation besonders wichtig beim Betrieb von Mobilstationen
im Direktmodus.
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Bei dem terrestrischen Bündelfunksystem (TETRA)
ist ein Betrieb im Direktmodus erlaubt, so dass eine Kommunikation
zwischen zwei Teilnehmereinheiten ohne Zwischenschaltung einer Infrastruktur
möglich
ist. Ein Ruf im Direktmodus wird aufgebaut durch Senden von zwei
Rahmen (8 Slots) von Synchronisationsbursts, die 113 msek dauern.
Für einen
schnellen und zuverlässigen
Aufaufbau ist es wichtig, dass die Teilnehmereinheit so schnell
wie möglich
die Aufaufbaumeldung erfasst, sich mit ihr synchronisiert und Daten
decodiert. Was die Anforderungen an den automatischen Frequenzkorrekturalgorithmus
(AFC) in dem empfangenden Funkgerät betrifft, so muss das Funkgerät schon
längst
mit dem Decodieren von Daten beginnen, bevor eine herkömmliche
AFC-Schleife in
der Lage wäre,
sich mit dem Signal zu synchronisieren ("lock in").
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Bei einer Anordnung nach dem Stand
der Technik wurde vorgeschlagen, den Frequenz-Offset eines jeden
der ersten paar Slots eines im Direktmodus erfolgenden Rufs zu messen,
nachdem der Ruf erfasst wurde, und den Frequenz-Offset Slot für Slot zu
korrigieren. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um eine Technik
der 'Vorwärtskopplung' ("feedforward"). Bei dem ersten
empfangenen Slot besteht die einzige Möglichkeit, den Frequenz-Offset
genau genug zu korrigieren, um Daten decodieren zu können, im
Messen des Offsets gegenüber
diesem Datenslot und in der Korrektur dieses Offsets. Bei dieser Korrektur
handelt es sich um eine Vorwärtskorrektur. Gleichzeitig
werden die Frequenzabschätzungen
in eine Rückkopplungsschleife
eingespeist, die sich schließlich
mit der empfangenen Trägerfrequenz synchronisiert.
Wenn die Rückkopplungsschleife synchronisiert,
wird der AFC vom Signalerfassungsmodus zum Verfolgungsmodus weitergereicht.
Ab dem Zeitpunkt dieser Übergabe
verfolgt der Empfänger
lediglich das Signal, das er empfängt.
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Ein im Direktmodus arbeitender Funkempfänger muss
so schnell synchronisieren, dass es keine praktische Lösung ist,
zu warten, bis die Verfolgungsschleife das Signal erfasst hat, wenn
der AFC funktionieren soll. Die Verfol gungsschleife kann in der
Tat mehrere Sekunden brauchen, bis sie das Signal erfasst.
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1 zeigt
eine Vorwärtskorrektur
des Frequenz-Offsets.
Der Frequenz-Offset-Abschätzer
ist das Element 2. Die Abschätzung des Frequenz-Offsets
wird auf einem Ausgang 4 einem Frequenzkorrigierer 6 zur
Verfügung
gestellt. Im Betrieb verwendet der Frequenzkorrigierer 6 eine
für den
n-ten Datenslot
eines empfangenen Funksignals ermittelte Abschätzung des Frequenz-Offsets,
um die Frequenz eben dieses n-ten Datenslots zu korrigieren.
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Im Anschluss an eine Behandlung des
Signals gemäß 1 werden die Frequenzabschätzungen
von dem ersten und folgenden Slots in ein Schleifenfilter in einer
Rückkopplungsverfolgungsschleife
eingespeist. Das Problem ist jedoch, wie der Frequenz-Offset der
nächsten
Slots vor Übergabe
an die Verfolgungsschleife zu korrigieren ist.
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Eine aus dem Stand der Technik bekannte Lösung besteht
darin, zuerst die Rückkopplungsschleife
zu unterbrechen und Abschätzungen
des Frequenz-Offsets vorzunehmen, die von Slot zu Slot gemittelt
werden. An jedem Datenslot wird eine Vorwärtskorrektur unter Verwendung
der gemittelten Abschätzung
vorgenommen. Nach einer vordefinierten Anzahl von Slots werden die
gemittelten Abschätzungen
als einmalige Korrektur auf den Referenzoszillator angewandt, und
die Rückkopplungsschleife
wird angeschlossen und beginnt mit der Verfolgung. Der Vorteil dieses
Verfahrens besteht darin, dass die in der Vorwärtskopplungsschleife angewandten
Frequenzabschätzungen
gemittelt sind und daher mit der Zeit hinsichtlich des Rauschabstands
besser werden. Bei diesem Verfahren besteht das Problem, dass das
empfangene Signal während
der Vorwärtskorrektur
nicht in die Mitte des ange passten Filters der Verfolgungsschleife
gezogen wird und die Daten daher mit einer erhöhten Fehlerrate erfasst werden.
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Eine Alternative zu dieser Anordnung
besteht einfach darin, die Rückkopplungsschleife
von dem ersten Slot an arbeiten zu lassen, die Slot für Slot vorgenommenen
Abschätzungen
aber als Vorwärtskorrektur
auf jeden Slot anzuwenden. Das Signal wird nun in die Mitte des
angepassten Filters der Verfolgungsschleife gezogen. Der Nachteil
dieses Ansatzes besteht jedoch darin, dass die einmaligen Abschätzungen
einer großen
Varianz unterliegen.
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Es ist notwendig, die Probleme der
aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen zu beheben. Ein
spezielles Problem, mit dem sich die vorliegende Erfindung befasst,
besteht darin, die beste Leistung des Frequenzkorrigierers zwischen
dem Empfang des ersten Datenslots und dem Wechsel in den Verfolgungsmodus
zu erzielen. Indem die beste Leistung des AFC während der ersten paar Slots empfangener
Daten sichergestellt wird, wird auch die Wahrscheinlichkeit des
korrekten Decodierens und daher des korrekten Rufaufbaus maximiert.
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Die US-A-5343498 ist eine bekannte
Vorveröffentlichung
und betrifft die Synchronisation in einem Funksystem.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eine Frequenzsynchronisationsschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung eignet sich zur Verwendung in einem digitalen Funkkommunikationssystem.
Die Frequenzsynchronisationsschaltung umfasst:
- (i)
einen Frequenz-Offset-Abschätzer,
der mit einem empfangenen Funksignal versorgt wird, zum Bereitstellen
einer Abschätzung
des Frequenz-Offsets eines Datenslots in dem empfangenen Funksignal,
wobei der Datenslot der Slot mit der Nummer n in einer Folge von
Datenslots in dem empfangenen Funksignal ist;
- (ii) einen Frequenzabschätzungsglätter, der
mit dem Frequenz-Offset-Abschätzer
verbunden ist und die Abschätzung
des Frequenz-Offsets des n-ten Datenslots in dem empfangenen Funksignal empfängt, zum
Bereitstellen einer geglätteten
Abschätzung
des Frequenz-Offsets;
- (iii) einen Frequenzkorrigierer, der mit dem Frequenzabschätzungsglätter verbunden
ist, wobei der Frequenzabschätzungsglätter die
geglättete Abschätzung des
Frequenz-Offsets
an den Frequenzkorrigierer weiterleitet, zum Korrigieren der Frequenz
des n-ten Datenslots;
- (iv) eine Rückkopplungsschleife,
die mit dem Frequenz-Offset-Abschätzer verbunden
ist, zum Zurückführen der
Abschätzung
des Frequenz-Offsets über
einen Filter zu einem Vervielfacher, wobei der Vervielfacher auch
das empfangene Funksignal empfängt;
- (v) wobei die Ausgabe des Vervielfachers die Eingabe für den Frequenz-Offset-Abschätzer zur Verfügung stellt;
wobei
der Frequenzabschätzungsglätter geeignet
ist, die geglättete
Abschätzung
des Frequenz-Offsets für Abschätzungen
des in der Rückkopplungsschleife zurückgeführten Frequenz-Offsets
in Abhängigkeit von
Slots des empfangenen Funksignals vor dem n-ten Slot zu kompensieren.
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Die Erfindung umfasst ferner ein
Verfahren der Frequenzsynchronisierung zur digitalen Funkkommunikation.
Das Verfahren der Frequenzsynchronisierung umfasst:
- (i) Abschätzen
des Frequenz-Offsets eines Datenslots in einem empfangenen Funksignal,
wobei der Datenslot der Slot mit der Nummer n in einer Folge von
Datenslots in dem empfangenen Funksignal ist, zum Bereitstellen
einer Abschätzung des
Frequenz-Offsets des n-ten Datenslots in dem empfangenen Funksignal;
- (ii) Glätten
der Abschätzung
des Frequenz-Offsets des n-ten Datenslots in dem empfangenen Funksignal,
um eine geglättete
Abschätzung
des Frequenz-Offsets zur Verfügung
zu stellen;
- (iii) Weiterleiten der geglätteten
Abschätzung
des Frequenz-Offsets an einen Frequenzkorrigierer, um die Frequenz
des n-ten Datenslots zu korrigieren;
- (iv) Zurückführen der
Abschätzung
des Frequenz-Offsets über
einen Filter an einen Vervielfacher in einer Rückkopplungsschleife, die mit dem
Frequenz-Offset-Abschätzer
verbunden ist, wobei der Vervielfacher auch das empfangene Funksignal
empfängt
und die Ausgabe des Vervielfachers die Eingabe für den Frequenz-Offset-Abschätzer zur
Verfügung
stellt;
wobei der Schritt des Glättens der Abschätzung des Frequenz-Offsets
das Kompensieren der Abschätzungen
des in der Rückkopplungsschleife
zurückgeführten Frequenz-Offsets
in Abhängigkeit
von Slots des empfangenen Funksignals vor dem n-ten Slot umfasst.
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Der Frequenzabschätzungsglätter kann geeignet sein, in
Abhängigkeit
vom Empfang der Abschätzung
des Frequenz-Offsets
des n-ten Slots einen Wert yn als geglättete Abschätzung des
Frequenz-Offsets zur Verfügung
zu stellen, wobei
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Hier ist xi die
i-te Abschätzung
des Frequenz-Offsets, und fi ist die i-te
Frequenzausgabe eines Oszillators in der Rückkopplungsschleife.
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Die Frequenzsynchronisierungsschaltung und
das Verfahren der Erfindung ermöglichen
eine sehr schnelle Synchronisierung des Empfängers auf das empfangene Signal.
Dies hat besondere Vorteile für
den Funkbetrieb im Direktmodus.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine grundlegende Anordnung gemäß dem Stand
der Technik zur Vorwärtskorrektur des
Frequenz-Offsets.
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2 zeigt
eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
insbesondere eine Verfolgungs- und Vorwärtskopplungsschleife, die mit
einem Abschätzungsglätter arbeitet.
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3 veranschaulicht
ein Verfahren gemäß der Erfindung
in Form eines Flussdiagramms.
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Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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2 zeigt
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
einer Schleife mit geglätteter
Abschätzung
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei der Ausführungsform
von 2 handelt es sich
um eine Verfolgungs- und Vorwärtskopplungsschleife,
die mit einem Abschätzungsglätter arbeitet.
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Der Eingang in die Schaltung von 2 ist ein empfangenes Funksignal,
das auf Basisbandfrequenz reduziert wurde. Dieses Signal wird einen
restlichen Frequenz-Offset haben, der verursacht wurde durch eine
mangelnde Übereinstimmung
zwischen den Betriebsfrequenzen des Oszillators in dem Sender, der
das Signal sendet, und dem Oszillator in dem Abwärtswandlungsabschnitt des Empfängers. Die Schaltung
von 2 wird eine Kompensation
dieser mangelnden Übereinstimmung
der Frequenzen bewirken.
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Insbesondere stellt die Erfindung
gemäß 2 eine Frequenzsynchronisierungsschaltung 10 für ein digitales
Funkkommunikationssystem bereit. Die Frequenzsynchronisierungsschaltung
umfasst einen Frequenz-Offset-Abschätzer 12. Der Frequenz-Offset-Abschätzer 12 wird
am Eingang 34 mit einem empfangenen Funksignal versorgt
und stellt eine Abschätzung
des Frequenz-Offsets eines Datenslots in dem empfangenen Funksignal
bereit. Der Datenslot ist ein Slot mit der Nummer n in einer Folge von
Datenslots in dem empfangenen Funksignal. Der Frequenz-Offset-Abschätzer 12 stellt
die Abschätzung
des Frequenz-Offsets an seinem Ausgang 14 bereit.
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Ein Frequenzabschätzungsglätter 16 ist mit dem
Frequenz-Offset-Abschätzer 12 verbunden.
Der Frequenzabschätzungsglätter empfängt die
Abschätzung
des Frequenz-Offsets des n-ten Datenslots in dem empfangenen Funksignal
von dem Frequenz-Offset-Abschätzer 12.
Der Glätter 16 stellt eine
geglättete
Abschätzung
des Frequenz-Offsets an seinem Ausgang 18 bereit.
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Ein Frequenzkorrigierer 20 ist
mit dem Frequenzabschätzungsglätter verbunden.
Der Frequenzabschätzungsglätter 16 leitet
die geglättete
Abschätzung
des Frequenz- Offsets
zu dem Frequenzkorrigierer 20 weiter. Der Frequenzkorrigierer 20 korrigiert
die Frequenz des n-ten Datenslots und stellt am Ausgang 22 eine
korrigierte Ausgabe bereit.
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Wie aus 2 hervorgeht, ist der Ausgang 14 des
Frequenz-Offset-Abschätzers 12 mit
einer Rückkopplungsschleife 24, 26 verbunden.
Die Rückkopplungsschleife 24, 26 führt die
Abschätzung
des Frequenz-Offsets über
einen Filter 24 und einen Oszillator 26 zu einem
Vervielfacher 28 zurück.
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Der Vervielfacher 28 empfängt sowohl
das Signal von der Rückkopplungsschleife
als auch die Eingabe in die Schaltung von 2, das empfangene Funksignal, das auf
Basisbandfrequenz reduziert wurde.
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Die Ausgabe des Vervielfachers 28 stellt
die Eingabe für
den Frequenz-Offset-Abschätzer 12 zur Verfügung.
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In 2 sind
außerdem
ein angepasster Filter 30 und ein Differenzdecodierer 32 dargestellt,
die zwischen dem Mischer 28 und dem Frequenz-Offset-Abschätzer 12 in
Reihe geschaltet sind. Dies sind bekannte Komponenten von Synchronisierungsschaltungen
in digitalen Funkkommunikationsempfängern.
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Die Ausgabe der Schaltung von 2 wird einem Datendetektor
zugeführt,
der in der Figur nicht dargestellt ist. Der Datendetektor ist von
einer dem Fachmann auf dem Gebiet der Funkempfängertechnologie bekannten Konstruktion.
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Gemäß der Erfindung ist der Frequenzabschätzungsglätter 16 geeignet,
Abschätzungen
des Frequenz-Offsets, die in Abhängigkeit
von Slots des empfangenen Funksignals vor dem n-ten Slot in der Rückkopplungsschleife
zurückgeführt wurden,
durch die geglättete
Abschätzung
des Frequenz-Offsets zu ersetzen. Dies bedeutet, dass die geglättete Abschätzung am
Ausgang 18 keine so große Varianz zeigt wie der Ausgang
des Frequenz-Offset-Abschätzers 12.
Die geglättete
Abschätzung
ist jedoch genauer als ein einfacher Durchschnitt der Abschätzungen
aus dem Frequenz-Offset-Abschätzer.
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Genaugenommen stellt der Frequenzabschätzungsglätter 16 eine
Abschätzung
zur Verfügung,
die ab dem Zeitpunkt des Empfangs des ersten Slots empfangener Daten
verwendet werden kann, die aber keine übermäßige Varianz von Slot zu Slot zeigt.
Dieser Glätter
vermeidet daher zwei der Nachteile, die bei Anordnungen nach dem
Stand der Technik erkennbar sind.
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Der Frequenzabschätzungsglätter 16 kann geeignet
sein, die geglättete
Abschätzung
des Frequenz-Offsets mit gewichteten Abschätzungen des Frequenz-Offsets
zu kompensieren, die in Abhängigkeit
von Slots des empfangenen Funksignals vor dem n-ten Slot in der
Rückkopplungsschleife 24, 26 zurückgeführt wurden.
Diese Wichtungen bestimmen, wie weit der von dem Frequenzabschätzungsglätter 16 für den n-ten
empfangenen Slot ausgegebene aktuelle Wert von den Frequenzabschätzungen
abhängt,
die für
früher
empfangene Slots ermittelt wurden.
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Der Frequenzabschätzungsglätter 16 kann geeignet
sein, einen Wert yn als geglättete Abschätzung des
Frequenz-Offsets
in Abhängigkeit
vom Empfang der Abschätzung
des Frequenz-Offsets des n-ten Slots bereitzustellen, wobei
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Hier ist xi die
i-te Abschätzung
des Frequenz-Offsets, und fi ist die i-te
Frequenzausgabe des Oszillators 26 in der Rückkopplungsschleife.
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Die Frequenzsynchronisierungsschaltung 10 eignet
sich für
verschiedene Anordnungen zum Unterbrechen der Erzeugung geglätteter Abschätzungen
des Frequenz-Offsets und zum Übergang
in einen Modus, in dem das empfangene Signal lediglich mit Hilfe
der Verfolgungsschleife verfolgt wird. Zum Beispiel kann die Schaltung
Mittel zum Messen des kurzfristigen Durchschnitts des Werts der
Abschätzung
des Frequenz-Offsets
umfassen. Diese Mittel ermöglichen
dann das Abschalten des Abschätzungsglätters 16,
wenn der gemessene Durchschnittswert kleiner ist als ein Schwellenwert.
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Die Frequenzsynchronisierungsschaltung 10 kann
jedoch Mittel zum Messen der seit Empfang des ersten Datenslots
in dem empfangenen Funksignal abgelaufenen Zeit und zum Abschalten
des Frequenzabschätzungsglätters 16,
wenn die abgelaufene Zeit eine vorbestimmte Dauer überschreitet,
umfassen. Eine weitere Anordnung zum Sicherstellen des Übergangs
vom Erfassungs in den Verfolgungsmodus kann Mittel zum Abschalten
des Frequenzabschätzungsglätters 16,
wenn eine bestimmte Anzahl von Datenslots empfangen wurde, umfassen.
Dies kann mit einem einfachen Zähler
erfolgen. Wenn n eine vorbestimmte Zahl überschreitet, schaltet die Schaltung
vom Erfassungsmodus in den Verfolgungsmodus um.
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Die erfindungsgemäße Frequenzsynchronisierungsschaltung
kann in vorteilhafter Weise in einem Funkempfänger verwendet werden, insbesondere
in einem mobilen oder einem tragbaren Funkempfänger. Vorteilhafterweise kann
die Schaltung in einem Funksystem gemäß TETRA verwendet werden. Sie
kann auch in einem Mobiltelefonsystem verwendet werden.
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Die oben erläuterte Anordnung arbeitet eindeutig
nach einem Verfahren, das sich von den im Stand der Technik bekannten
Verfahren unterscheidet. 3 veranschaulicht
ein Verfahren gemäß der Erfindung
in Form eines Flussdiagramms.
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Das in 3 veranschaulichte
Verfahren der Frequenzsynchronisierung zur digitalen Funkkommunikation
umfasst zunächst
in Schritt 50 das Abschätzen
des Frequenz-Offsets
eines Datenslots in dem empfangenen Funksignal. Der Datenslot ist
ein Slot mit der Nummer n in der Folge von Datenslots in dem empfangenen
Funksignal. Der Abschätzungsschritt 50 stellt
eine Abschätzung
des Frequenz-Offsets des n-ten Datenslots in dem empfangenen Funksignal
bereit.
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Schritt 52 des Verfahrens
umfasst das Glätten
der Abschätzung
des Frequenz-Offsets des n-ten Datenslots in dem empfangenen Funksignal.
Dies stellt eine geglättete
Abschätzung
des Frequenz-Offsets zur Verfügung.
Die geglättete
Abschätzung
des Frequenz-Offsets wird zu dem Frequenzkorrigierer 20 weitergeleitet.
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In Schritt 54 des Verfahrens
korrigiert der Frequenzkorrigierer 20 die Frequenz des
n-ten Datenslots des empfangenen Signals unter Verwendung der aus
Schritt 52 resultierenden geglätteten Abschätzung des
Frequenz-Offsets.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst außerdem die
Rückführung der
Abschätzung
des Frequenz-Offsets über
eine Rückkopplungsschleife 24, 26 zu
einem Vervielfacher 28. Siehe Schritt 56. Die
Ausgabe des Vervielfachers stellt die Eingabe für den Frequenz-Offset-Abschätzer 12 zur
Verfügung.
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Gemäß der Erfindung umfasst Schritt 52 das Kompensieren
von Abschätzungen
des Frequenz-Offsets, die in der Rückkopplungsschleife 24, 26 zurückgeführt wurden,
in Abhängigkeit
von Slots des empfangenen Funksignals vor dem n-ten Slot.
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Schritt 52 des Glättens der
Abschätzung
des Frequenz-Offsets
kann das Kompensieren mit gewichteten Abschätzungen des Frequenz-Offsets
umfassen, die in der Rückkopplungsschleife 24, 26 der Schaltung
zurückgeführt wurden,
in Abhängigkeit von
Slots des empfangenen Funksignals vor dem n-ten Slot.
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Schritt 52 des Glättens der
Abschätzung
des Frequenz-Offsets
kann einen Wert yn als geglättete Abschätzung des
Frequenz-Offsets in Abhängigkeit vom
Empfang der Abschätzung
des Frequenz-Offsets des n-ten Slots zur Verfügung stellen, wobei
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Hier ist xi die
i-te Abschätzung
des Frequenz-Offsets, und fi ist die i-te
Frequenzausgabe des Oszillators 26 in der Rückkopplungsschleife.
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Es können verschiedene Schritte
verwendet werden, um zu entscheiden, wann die Erzeugung von Abschätzungen
zu unterbrechen ist und wann in einen Modus übergegangen werden soll, in
dem lediglich das empfangene Signal mit Hilfe der Verfolgungsschleife
verfolgt wird. Dieser Schritt wurde in 3 nicht dargestellt, um die Figur einfach
zu halten. Zum Beispiel kann das Verfahren das Messen des kurzfristigen
Durchschnitts des Werts der Abschätzung des Frequenz-Offsets umfassen
und das Abschalten des Frequenzabschät zungsglätters 16, wenn der
gemessene Durchschnittswert kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellenwert.
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Zwei andere alternative Schritte,
die das erfindungsgemäße Verfahren
umfassen kann, um zu entscheiden, wann die Erzeugung von Abschätzungen
zu unterbrechen ist und wann in einen Modus der Verfolgung des empfangenen
Signals übergegangen werden
soll, sind:
- (i) Messen der seit Empfang des
ersten Datenslots in dem empfangenen Funksignal abgelaufenen Zeit
und Abschalten des Frequenzabschätzungsglätters 16,
wenn die abgelaufene Zeit eine vorbestimmte Dauer überschreitet;
und
- (ii) Verwenden eines Zählers
zum Zählen
der Anzahl von empfangenen Slots des Funksignals, und Abschalten
des Frequenzabschätzungsglätters 16,
wenn n eine vorbestimmte Anzahl überschreitet.
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Die Erfindung stellt eine Frequenzsynchronisierungsschaltung 10 und
einen Algorithmus 50–56 zum
Betrieb der Schaltung bereit. Die Erfindung umfasst insbesondere
einen Frequenzabschätzungsglätter 16,
der Vorteile hat für
den Wechsel zwischen einem Signalerfassungsmodus und einem Verfolgungsmodus
einer Funkeinheit, der einen Funkträger verfolgt, der einem Frequenz-Offset
unterliegt. Die Erfindung erleichtert eine optimale automatische
Frequenzregelung in dem Funkempfänger.
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Bei näherer Betrachtung der Funktionsweise der
Erfindung lässt
die Erfindung die Rückkopplungsschleife
der Frequenzsynchronisierungsschaltung arbeiten und das Signal in
die Mitte des angepassten Filters 30 des Empfängers ziehen
und glättet
gleichzeitig auch die Abschätzungen
für die
Vorwärtskorrektur.
Dies ist jedoch keine einfache Aufgabe, denn der Frequenz-Offset
des empfangenen Signals ändert sich
von Slot zu Slot, wenn sich die Verfolgungsschleife synchronisiert.
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Würde
die Frequenzsynchronisierungsschaltung nur einen einfachen Durchschnitt
der Abschätzungen
für die
Vorwärtskorrektur
berechnen, würde ein
solcher Durchschnitt die Erfassung der Verfolgungsschleife sowie
das Rauschen mitteln. Die gemittelte Abschätzung würde hinter der wahren Abschätzung zurückbleiben.
Aus diesem Grund wäre die
vorgenommene Korrektur nicht genau.
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Gemäß der Erfindung kann sich die
Verfolgungsschleife von dem ersten Slot an synchronisieren, aber
eine geglättete
Abschätzung
als Vorwärtskorrektur
anwenden. Die Berechnung der geglätteten Abschätzung ist
nicht einfach der Durchschnitt der einzelnen Abschätzungen,
da die einzelnen Abschätzungen
des Frequenz-Offsets kleiner werden, wenn sich die Schleife synchronisiert.
Der Glätter
soll eine geglättete
vorwärtsgekoppelte
Abschätzung
liefern, die die in der Rückkopplungsschleife
bereits vorgenommene Korrektur kompensiert.
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Ein detailliertes Beispiel eines
Glättungsalgorithmus,
der die Erfindung durchführen
kann, ist ein Beispiel, das gemäß der folgenden
Gleichung funktioniert. xi sei dabei die
i-te Abschätzung
des Frequenz-Offsets, und fi sei die i-te
Frequenzausgabe des Oszillators in der Rückkopplungsschleife. Die n-te
geglättete
Abschätzung,
die als Vorwärtskorrektur
auf den n-ten Datenslot angewandt wird, ist dann gegeben durch:
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Simulationen haben gezeigt, dass
die Varianz der Abschätzung
um den Faktor n kleiner wird.
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Die Abschätzung muss nur während der Phase
berechnet werden, wo die Synchronisierungsschaltung auf das Erzielen
einer Synchronisierung mit dem empfangenen Signal hinarbeitet. Wenn
die Synchronisierung erreicht ist, wird die Abschätzung nicht
mehr gebraucht. Die vorwärtsgekoppelte
Abschätzung
wird daher unterbrochen, wenn der Empfänger in den Verfolgungsmodus
umgeschaltet wird.
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Die Schaltung und das Verfahren der
Erfindung bieten einen wesentlichen technischen Vorteil, denn die
vor dem Umschalten in den Verfolgungsmodus angewandten vorwärtsgekoppelten
Abschätzungen
werden zunehmend genauer, und das empfangene Signal wird in die
Mitte des angepassten Filters 30 gezogen. Daher steigt
die Wahrscheinlichkeit der korrekten Decodierung der Daten für jeden
empfangenen Slot. Insgesamt steigt daher die Wahrscheinlichkeit
eines korrekten Rufaufbaus. Es kann mehrere Sekunden dauern, bis
die Schaltung 10 tatsächlich in
den Verfolgungsmodus umschaltet, doch vor Ablauf dieser Zeit stellt
die Erfindung sicher, dass die empfangenen Daten so bald als möglich decodiert werden.
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Der Frequenzabschätzungsglätter 16 und damit
der Funkempfänger
haben eine bessere Leistung als die im obigen Abschnitt 'Hintergrund' aufgeführten herkömmlichen
Techniken. Der empfangende Teilnehmer wird eine bessere Chance haben,
mindestens einen der Rufaufbauslots korrekt zu decodieren. Die Vorteile
der Erfindung sind vor allem anwendbar auf Mobilteilnehmer, die
beim Betrieb im Direktmodus eine automatische Frequenzregelung vornehmen.