DE60009677T2

DE60009677T2 - Verfahren und vorrichtung zur frequenzsynchronisierung in einem digitalen nachrichtenübertragungssystem

Info

Publication number: DE60009677T2
Application number: DE60009677T
Authority: DE
Inventors: Andrew John Basingstoke AFTELAK
Original assignee: Motorola Ltd
Current assignee: Motorola Solutions UK Ltd
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2020-02-25
Also published as: DK1157462T3; WO2000051236A3; AU4103500A; GB9904161D0; EP1157462B1; EP1157462A1; GB2347285B; GB2347285A; WO2000051236A2; ATE264021T1; DE60009677D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft das Gebiet des Funkwesens. Die Erfindung betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, den Mobilfunk.
Hintergrund der Erfindung
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.
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.
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.

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.
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.
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").
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die US-A-5343498 ist eine bekannte Vorveröffentlichung und betrifft die Synchronisation in einem Funksystem.
Zusammenfassung der Erfindung
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;

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;

Der Frequenzabschätzungsglätter kann geeignet sein, in Abhängigkeit vom Empfang der Abschätzung des Frequenz-Offsets des n-ten Slots einen Wert y_n als geglättete Abschätzung des Frequenz-Offsets zur Verfügung zu stellen, wobei
Hier ist x_i die i-te Abschätzung des Frequenz-Offsets, und f_i ist die i-te Frequenzausgabe eines Oszillators in der Rückkopplungsschleife.
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine grundlegende Anordnung gemäß dem Stand der Technik zur Vorwärtskorrektur des Frequenz-Offsets.
2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere eine Verfolgungs- und Vorwärtskopplungsschleife, die mit einem Abschätzungsglätter arbeitet.
3 veranschaulicht ein Verfahren gemäß der Erfindung in Form eines Flussdiagramms.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Ausgabe des Vervielfachers 28 stellt die Eingabe für den Frequenz-Offset-Abschätzer 12 zur Verfügung.
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.
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.
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.
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.
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.
Der Frequenzabschätzungsglätter 16 kann geeignet sein, einen Wert y_n als geglättete Abschätzung des Frequenz-Offsets in Abhängigkeit vom Empfang der Abschätzung des Frequenz-Offsets des n-ten Slots bereitzustellen, wobei
Hier ist x_i die i-te Abschätzung des Frequenz-Offsets, und f_i ist die i-te Frequenzausgabe des Oszillators 26 in der Rückkopplungsschleife.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Schritt 52 des Glättens der Abschätzung des Frequenz-Offsets kann einen Wert y_n als geglättete Abschätzung des Frequenz-Offsets in Abhängigkeit vom Empfang der Abschätzung des Frequenz-Offsets des n-ten Slots zur Verfügung stellen, wobei
Hier ist x_i die i-te Abschätzung des Frequenz-Offsets, und f_i ist die i-te Frequenzausgabe des Oszillators 26 in der Rückkopplungsschleife.
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.
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.

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.
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.
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.
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.
Ein detailliertes Beispiel eines Glättungsalgorithmus, der die Erfindung durchführen kann, ist ein Beispiel, das gemäß der folgenden Gleichung funktioniert. x_i sei dabei die i-te Abschätzung des Frequenz-Offsets, und f_i 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:
Simulationen haben gezeigt, dass die Varianz der Abschätzung um den Faktor n kleiner wird.
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.
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.
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.

Claims

Frequenzsynchronisationsschaltung (10) für ein digitales Funkkommunikationssystem, wobei die Frequenzsynchronisationsschaltung umfasst: (i) einen Frequenz-Offset-Abschätzer (12), 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 (16), 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 (20), 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 (24) an einen Vervielfacher (28), wobei der Vervielfacher auch das empfangene Funksignal empfängt; (v) wobei die Ausgabe des Vervielfachers (28) die Eingabe für den Frequenz-Offset-Abschätzer zur Verfügung stellt; wobei der Frequenzabschätzungsglätter (16) geeignet ist, die geglättete Abschätzung des Frequenz-Offsets für Abschätzungen des in der Rückkopplungsschleife zurückgeführten Frequenz-Offsets in Abängigkeit von Slots des empfangenen Funksignals vor dem n-ten Slot zu kompensieren.
Frequenzsynchronisationsschaltung nach Anspruch 1, wobei der Frequenzabschätzungsglätter (16) geeignet ist, die geglättete Abschätzung des Frequenz-Offsets mit gewichteten Abschätzungen des in der Rückkopplungsschleife zurückgeführten Frequenz-Offsets in Abhängigkeit von Slots des empfangenen Funksignals vor dem n-ten Slot zu kompensieren.
Frequenzsynchronisationsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Frequenzabschätzungsglätter (16) geeignet ist, in Abhängigkeit auf das Empfangen der Abschätzung des Frequenz-Offsets des n-ten Slots einen Wert y_n als die geglättete Abschätzung des Frequenz-Offsets zur Verfügung zu stellen, wobei
wobei x_i die i-te Abschätzung des Frequenz-Offsets ist und f_i die i-te Frequenzausgabe eines Oszillators (26) in der Rückkopplungsschleife ist.
Frequenzsynchronisationsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin Mittel zum Messen des kurzfristigen Durchschnitts des Werts der Abschätzung des Frequenz-Offsets und zum Ausschalten des Abschätzungsglätters (16), wenn der gemessene Durchschnittswert geringer ist als ein Schwellenwert, aufweist.
Frequenzsynchronisationsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin Mittel zum Messen der seit dem Empfang des ersten Datenslots in dem empfangenen Funksignal abgelaufenen Zeit und zum Ausschalten des Abschätzungsglätters (16), wenn die abgelaufene Zeit eine vorbestimmte Dauer überschreitet, aufweist.
Frequenzsynchronisationsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin Mittel zum Ausschalten des Abschätzungsglätters (16), wenn n eine vorbestimmte Anzahl überschreitet, aufweist.
Funkempfänger mit einer Frequenzsynchronisationsschaltung in Übereinstimmung mit irgendeinem der vorangehenden Ansprüche.
Verfahren zur Frequenzsynchronisierung zur digitalen Funkkommunikation, wobei das Verfahren zur Frequenzsynchronisierung umfasst: (i) Abschätzen (50) 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 (52) 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 (54) 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 (24) an einen Vervielfacher (28) 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 (12) 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 aufweist.
Verfahren zur Frequenzsynchronisierung nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Glättens der Abschätzung (52) des Frequenz-Offsets das Kompensieren mit gewichteten Abschätzungen des in der Rückkopplungsschleife zurückgeführten Frequenz-Offsets umfasst, in Abhängigkeit von Slots des empfangenen Funksignals vor dem n-ten Slot.
Verfahren zur Frequenzsynchronisierung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Schritt des Glättens der Abschätzung (52) des Frequenz-Offsets einen Wert y_n als die geglättete Abschätzung des Frequenz-Offsets in Abhängigkeit von dem Empfangen der Abschätzung des Frequenz-Offsets des n-ten Slots umfasst, wobei
wobei x_i die i-te Abschätzung des Frequenz-Offsets ist und f_i die i-te Frequenzausgabe eines Oszillators in der Rückkopplungsschleife ist.
Verfahren zur Frequenzsynchronisierung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, das weiterhin das Messen des kurzfristigen Durchschnitts des Werts der Abschätzung des Frequenz-Offsets und das Abschalten des Abschätzungsglätters (16), wenn der gemessene Durchschnittswert geringer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, aufweist.
Verfahren zur Frequenzsynchronisierung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, das weiterhin das Messen der abgelaufenen Zeit seit dem Empfang des ersten Datenslots in dem empfangenen Funksignal und das Ausschalten des Abschätzungsglätters (16), wenn die abgelaufene Zeit eine vorbestimmte Dauer überschreitet, aufweist.
Verfahren zur Frequenzsynchronisierung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, das weiterhin das Ausschalten des Abschätzungsglätters (16) umfasst, wenn n eine vorbestimmte Anzahl überschreitet.