-
Gebiet der
Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf das Gebiet von Funkkommunikationssystemen. Insbesondere,
jedoch nicht ausschließlich,
bezieht sich diese Erfindung auf Funkempfänger für digitale Mobilfunkkommunikationssysteme.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Mobilfunkkommunikationssysteme umfassen
im Allgemeinen eine Anzahl von Mobil- oder tragbaren Funkeinheiten.
Die Funkeinheiten in einem öffentlichen
oder privaten Mobilfunkkommunikationssystem werden oft als "Mobilstationen" bezeichnet. Die
Infrastruktur des Funkkommunikationssystems umfasst feste Knoten,
bezeichnet als "Basisstationen" über welche die Mobilstationen
kommunizieren können.
-
Normalerweise befindet sich eine
Mobilstation innerhalb der Kommunikationsreichweite einer Basisstation.
In diesem Fall kommuniziert die Mobilstation über die Basisstation; dieser
Betriebsmodus wird typischerweise als "Bündelmodus" ("trunked mode") bezeichnet. Einige
Mobilfunkkommunikationssysteme erlauben es jedoch einer individuellen Mobilstation
eine direkte Funkverbindung mit einer anderen Mobilstation aufzubauen,
ohne dass die Kommunikationsverbindung über die Infrastruktur des Kommunikationssystems
läuft.
Diese Form der Kommunikation zwischen zwei Mobilstationen wird als "Direktmodus"-Betrieb bezeichnet.
-
Mobilstationen, die im Direktmodus
arbeiten, müssen
Funksignale empfangen, die typischerweise eine größere Variation
ihrer Parameter zeigen als Funksignale, die von der Infrastruktur
des Kommunikationssystems empfangen werden. Dies liegt an den Unterschieden
in den Signalen, die von einer Mobilstation aus gesendet werden,
im Vergleich zu denjenigen von einer Basisstation der Infrastruktur. Als
ein Beispiel kann der Taktgeber niedrigerer Qualität einer
Mobilstation eine größere Variation
der Trägerfrequenz
des von der Mobilstation rundgesendeten Signals verursachen, im
Vergleich zu demjenigen von einer Basisstation.
-
Die von irgendeinem digitalen Kommunikationssystem
getragene Information kann nur wiederhergestellt werden, nachdem
der Empfänger
sich zunächst
mit dem empfangenen Signal synchronisiert hat. Das Hochfrequenzsignal,
welches den Empfänger
erreicht, wird bei einer Frequenz liegen, die von der Frequenz eines
Oszillators in dem Sender abhängt.
Ein weiterer Oszillator im Empfänger
wird verwendet, um das empfangene Hochfrequenzsignal herabzumischen.
Da die Oszillatoren in dem Sender und dem Empfänger nicht präzise bei
derselben Frequenz arbeiten, weist das herabgemischte Signal im Empfänger eine
Frequenz auf, die leicht unterschied lich ist von derjenigen, die
auftreten würde,
wenn beide Oszillatoren identische Frequenzen hätten. Diese mangelnde Übereinstimmung
ist Teil des Grundes, warum im Empfänger eine Synchronisationsschaltung
benötigt
wird, um zu "kompensieren", dass das herabgemischte
Signal nicht seinen idealen, theoretischen Frequenzwert aufweist.
Typischerweise variiert diese Fehlanpassung mit der Zeit.
-
Es besteht daher bei einem digitalen
Mobilfunksystem die Notwendigkeit zur Synchronisation im Funkempfänger. Der
Zustand, in dem die Synchronisation zwischen dem Empfänger und
dem empfangenen Signal erreicht ist, wird oft einfach als "Rastung" ("lock") bezeichnet. Die
Notwendigkeit der genauen Synchronisation ist aufgrund der größeren Variation
in den Parametern der empfangenen Funksignale beim Direktmodus-Betrieb
von Mobilstationen besonders groß. Dies trifft auf die beiden
folgenden Punkte zu:
- (i) Erreichen der Synchronisation,
wenn eine Anrufverbindung ursprünglich
aufgebaut wird; und
- (ii) Aufrechterhalten der Synchronisation während der Anrufverbindung.
-
Bei dem terrestrischen Bündelfunksystem (TETRA:
Terrestrial Trunked radio system) wird der Direktmodus-Betrieb gestattet.
Eine Anrufverbindung im Direktmodus wird aufgebaut, indem zwei Rahmen (8
Slots) von Synchronisations-Bursts
gesendet werden, die 113 Millisekunden dauern. Im Hinblick auf die
Anforderungen an den automatischen Frequenzkorrekturalgorithmus
(AFC: automatic frequency correction) in dem empfangenden Funkgerät muss sich das
Funkgrät
mit diesen Bursts synchronisieren, um die Decodierung der Daten
so schnell wie möglich
zu starten. Nach der Synchronisierung beim Anrufaufbau muss der
Empfänger
dann die Syn chronisation für
die Dauer der Anrufverbindung aufrechterhalten. Dies erfordert es,
dass der Empfänger
Variationen in der Frequenz des empfangenen Signals folgt. Diese Handlung
des Folgens wird oft als "Tracking" bezeichnet. Derjenige
Teil des Empfängers,
der dies ausführt,
ist die "Tracking-Schleife".
-
Die Synchronisationsbursts sind eine
Beispiel für
eine "Trainingssequenz". Eine "Trainingssequenz" ist eine Folge von
Symbolen in einem Kommunikationssignal, welche sowohl dem Sender
als auch dem Empfänger
bekannt sind.
-
1 zeigt
eine Anordnung einer Frequenz-Tracking-Schleife 10 gemäß dem Stand
der Technik. Dies ist eine "Rückkopplungs"-Tracking-Schleife. 1 zeigt eine verallgemeinerte
Anordnung, um das Prinzip des Betriebs einer Frequenz-Tracking-Schleife
zu erläutern.
-
Die in 1 dargestellten
Elemente sind in Kürze:
- (i) Ein Mischer 22. Eine Eingabe in
den Mischer, Element 20, liefert das von dem Empfänger empfangene
Funksignal, welches auf eine Zwischenfrequenz "herabgemischt" worden sein kann. Dieses herabgemischte
Signal ist die "Eingabe" in die Frequenz-Tracking-Schleife.
Der Oszillator, der zum Herabmischen des empfangenen Hochfrequenzsignals
auf die Zwischenfrequenz verwendet wird, ist in 1 nicht dargestellt. Es ist jedoch dieser
Oszillator, der teilweise verantwortlich ist für die Frequenzvariationen in
dem Eingangssignal. Die Ausgabe des Mischers wird am Ausgang 24 bereitgestellt.
- (ii) Ein "datenangepasster" Filter 26.
Der Filter ist an die Pulsform des empfangenen Signals angepasst.
Dies bedeutet, dass er eingerichtet ist, Pulse der von dem Sender
des Funksystems gesendeten Form zu filtern.
- (iii) Eine Dezimierungsschaltung 30. Die Dezimierungsschaltung 30 reduziert
die Anzahl von Sampels, die ihr von dem Filter 26 geliefert
wird. Die Dezimierungsschaltung 30 reduziert die Anzahl von
Samples auf eins pro empfangenen Puls. Dies ist genug, um jeden
empfangenen Puls zu identifizieren.
- (iv) Ein Viterbi & Viterbi-Frequenzabschätzer 34. Dies
ist ein bekanntes Schaltungselement, welches ein bekanntes Verfahren
zum Messen eines Frequenz-Offsets implementiert. Der Abschätzer 34 verwendet
die Trainingssequenzen, um die Abschätzung des Frequenz-Offsets
durchzuführen. Es
sind jedoch andere Anordnungen nach dem Stand der Technik bekannt,
die sich nicht auf Trainingssequenzen verlassen, um dies zu erreichen.
- (v) Eine komplexe Phasenbestimmungs- und Skalierungsschaltung 38.
- (vi) Ein Schleifenfilter 42.
- (vii) Ein Oszillator 46. Die Ausgabe des Oszillators 46 wird
am Ausgang 48 zurückgekoppelt,
um die zweite Eingabe in den Mischer 22 zu liefern.
-
Der Zweck der in 1 gezeigten Schaltung ist es, die Variationen
in der Frequenz des Eingangssignals zu "verfolgen" ("track"). Die Elemente (ii)–(vi) steuern
den Oszillator 46 an, ein Signal zu erzeugen, welches mit
der Frequenz des Eingangssignals übereinstimmt. Da es in dem
Oszillator bei der Erzeugung eines Signals, welches dieselbe Frequenz
wie die Eingabe in die Frequenz-Tracking-Schleife aufweist, eine Zeitverzögerung gibt,
ist die "Folge"-Aktion, die von
der gesamten Frequenz-Tracking-Schleife durchgeführt wird, nicht unverzüglich.
-
Bei Betrieb der Rückkopplungs-Tracking-Schleife
geben der Frequenzabschätzer 34 und
der Phasen- und Skalierungsblock 38 einen Schätzwert des
Frequenz-Offsets anhand der derzeitigen Eingabe. Dieser Schätzwert ist
verrauscht.
-
Die verrauschten Schätzwerte
werden durch den Schleifenfilter 22 geschickt, der das
Rauschen reduziert und das Übertragungsverhalten
der Frequenz-Tracking-Schleife 10 definiert.
-
Die für den Schleifenfilter 42 gewählte Bandbreite
ist ein Kompromiss zwischen zwei Erfordernissen. Eines dieser Erfordernisse
ist es, Rauschen zu unterdrücken.
Dies gibt vor, dass der Schleifenfilter 42 eine schmale
Bandbreite aufweist. Das andere Erfordernis ist, dass die Frequenz-Tracking-Schleife 10 in
der Lage ist, einer Änderung
der Eingangsfrequenz zu folgen. Dies gibt vor, dass der Schleifenfilter 42 eine
breite Bandbreite aufweist. Es ist klar, dass diese Erfordernisse
gegensätzliche
Bedingungen für den
Schleifenfilter 42 aufstellen.
-
Es sind Frequenz-Tracking-Schleifen
nach dem Stand der Technik bekannt, welche die Bandbreite des Trackingfilters
während
der Signalaufnahme umschalten. Eine breite Bandbreite wird verwendet,
um das Signal aufzunehmen, und die Bandbreite des Schleifenfilters
wird während
des Trackings verschmälert.
-
Es sind auch Frequenz-Tracking-Schleifen nach
dem Stand der Technik bekannt, die die Bandbreite des Schleifenfilters
in Abhängigkeit
von der Größe des Frequenzschätzwertes
anpassen. Die Anpassung der Schleife basiert jedoch auf der Messung des
Fehlers zwischen den derzeit empfangenen und derzeit erzeugten Frequenzen.
Diese Messung selbst kann fehlerhaft sein und kann zu einer Anpassung
führen,
die das erwünschte
Signal unterdrückt.
-
Es besteht ein Bedürfnis, die
Probleme der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen zu
lindern. Ein spezielles Problem, welches von der vorliegenden Erfindung
angesprochen wird, ist es, ein optimales Frequenz-Tracking bei einer
Frequenz-Tracking-Schleife bereitzustellen.
-
Das zum Stand der Technik gehörige, veröffentlichte
US-Patent US-A-4,691,176 zeigt eine adaptive Träger-Tracking-Schaltung zum Empfangen pulscodemodulierter
Kommunikationen. Die Rate und die Größe von Phasen- oder Frequenzfluktationen
des Eingangssignals werden erfasst, und die Bandbreite eines Schaltungsfilters
wird als Antwort auf eine geschätzte
Dekorrelationszeit eingestellt, um das Signal-Tracking und die Bitfehlerrate
für die Schaltung
zu optimieren. Die adaptive Träger-Tracking-Schaltung
kann auf Trackingschaltungen von Kommunikationssystemen angewendet
werden, die für
das Frequenz-Tracking automatische Frequenzsteuerschleifen verwenden.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die Erfindung umfasst eine Frequenz-Tracking-Schleife
für ein
digitales Funkkommunikationssystem. Die Frequenz-Tracking-Schleife umfasst:
- (i) Mittel zum Korrigieren eines Frequenz-Offsets, wobei die
Mittel zum Korrigieren des Frequenz-Offsets ein Bursts bekannter
Daten umfassendes Eingangsfunksignal an einem ersten Eingang empfangen
und ein Ausgangssignal liefern;
- (ii) einen Frequenz-Offset-Abschätzer, der mit dem Ausgangssignal
aus den Mitteln zum Korrigieren des Frequenz-Offsets beschickt wird,
um eine Abschätzung
des Frequenz-Offsets des Ausgangssignals zu liefern;
- (iii) einen Filter variabler Bandbreite der mit der Abschätzung des
Frequenz-Offsets aus dem Frequenz-Offset-Abschätzer beschickt wird, um ein gefiltertes
Signal zu liefern;
- (iv) Signalerzeugungsmittel, die mit dem gefilterten Signal
aus dem Filter variabler Bandbreite beschickt werden, um ein Ausgangssignal
mit einer von dem gefilterten Signal abhängigen Frequenz zu erzeugen,
wobei das Ausgangssignal aus den Signalerzeugungsmitteln an einen
zweiten Eingang der Mittel zum Korrigieren des Frequenz-Offsets
angelegt wird, wobei die Frequenz-Tracking-Schleife eingerichtet
ist, die Bandbreite des Filters variabler Bandbreite in Abhängigkeit
wenigstens eines Charakteristikums des derzeit empfangenen Bursts
bekannter Daten zu ändern.
-
Die Frequenz-Tracking-Schleife kann
angepasst werden, die Bandbreite des Filters mit variabler Bandbreite
in Abhängigkeit
von der Länge
des derzeit empfangenen Bursts empfangener Daten zu ändern.
-
Die Erfindung erstreckt sich auch
auf einen digitalen Funkkommunikationsempfänger, der eine erfindungsgemäße Frequenz-Tracking-Schleife
enthält
und auf ein Mobil- oder tragbares Funkgerät oder ein Mobiltelefon, die
einen solchen Empfänger
enthalten.
-
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum
Frequenz-Tracking
für ein
digitales Funkkommunikationssystem. Das Verfahren zum Frequenz-Tracking
umfasst:
- (i) Empfangen eines Eingangsfunksignals,
umfassend Bursts bekannter Daten, in Mitteln zum Korrigieren eines
Frequenz-Offsets;
- (ii) Abschätzen
des Frequenz-Offsets des Ausgangssignals aus den Mitteln zum Korrigieren
des Frequenz-Offsets, um einen Schätzwert des Frequenz-Offsets
zu liefern;
- (iii) Filtern der Abschätzung
des Frequenz-Offsets mit einer variablen Filterbandbreite, um ein
gefiltertes Signal zu liefern;
- (iv) Erzeugen eines Signals mit einer von dem gefilterten Signal
abhängigen
Frequenz, um ein erzeugtes Signal zu liefern;
- (v) Korrigieren der Frequenz des Eingangsfunksignals in den
Mitteln zum Korrigieren des Frequenz-Offsets unter Verwendung des
erzeugten Signals, wobei die variable Filterbandbreite von wenigstens
einem Charakteristikum des derzeit empfangenen Bursts bekannter
Daten abhängt.
-
Das Verfahren zum Frequenz-Tracking
kann weiter umfassen: Ändern
der Bandbreite der Filterung mit variabler Bandbreite in Abhängigkeit
von der Länge
des derzeit empfangenen Bursts bekannter Daten.
-
Die Erfindung stellt eine adaptive
Frequenz-Tracking-Schleife
und ein Verfahren zum Frequenz-Tracking zur Verfügung, die ein optimiertes Frequenz-Tracking
aufweisen. Dieses Tracking bietet rasche und präzise automatische Frequenzsteuerung
innerhalb der Frequenzsteuerschleife als Antwort auf Änderungen
der Eingangfrequenz in die Schleife. Die adaptive Schleife hat eine
bessere Leistung als herkömmliche
Techniken. Die Frequenz-Tracking-Schleife weist eine bessere Chance
als Schaltungen nach dem Stand der Technik auf, die Rastung beizubehalten,
wenn die Signalstärke
gering ist.
-
Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft
für einen
digitalen Funkkommunikationsempfänger,
der im Direktmodus arbeitet.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 illustriert
eine Frequenz-Tracking-Schleife nach dem Stand der Technik.
-
2 illustriert
im Detail eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Tracking-Schleife.
-
3 illustriert
in Form eines Flussdiagramms eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Frequenz-Tracking.
-
Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
-
2 illustriert
eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Frequenz-Tracking-Schleife. Die
Frequenz-Tracking-Schleife
von 2 ist eine adaptive
Schleife.
-
Die Schaltung von 2 ist eine Frequenz-Tracking-Schleife 100 für ein digitales
Funkkommunikationssystem. Die Eingabe in die Frequenz-Tracking-Schleife
ist ein empfangenes Funksignal. Die Signaleingabe in die Frequenz-Tracking-Schleife
kann vor Erreichen der Frequenz-Tracking-Schleife 100 in ein Zwischenfrequenzsignal und
dann auf das Grundband gewandelt worden sein. Alternativ kann das
Eingangssignal in einem Direktwandler direkt von einer hohen Frequenz
auf das Grundband herabgemischt sein. Das Eingangsfunksignal umfasst
Bursts bekannter Daten. Bei einem TETRA- oder GSM-Signal sind diese
Bursts bekannter Daten Trainingssequenzen.
-
Das empfangene Funksignal wird bei
der Ausführungsform
von 2 an den ersten
Eingang 120 eines Mischers 122 angelegt. Es könnten hier
jedoch auch andere Mittel zum Korrigieren eines Frequenz-Offsets,
wie etwa beispielsweise ein komplexer Multiplizierer, verwendet
werden. Der Mischer 122 liefert am Ausgang 124 ein
Ausgabesignal.
-
Das Signal am Ausgang 124 wird
in den angepassten Filter 126 und dann in eine Dezimierungsschaltung 130 eingespeist.
-
Nach der Dezimierung kann das Signal
in ein Schaltungselement 154 eingespeist werden. Das Element 154 dient
dazu, die Trainingssequenzen aus dem Signal zu extrahieren. Diese
Trainingssequenzen werden von dem Element 134, einem Viterbi & Viterbi-Frequenzabschätzer verwendet.
-
Der Frequenzabschätzer 134 liefert eine
Abschätzung
des Frequenz-Offsets des Ausgangssignals aus dem Mischer. Ein dem
Element 154 entsprechendes Element kann auch bei der Anordnung
nach dem Stand der Technik von 1 verwendet
werden, wurde dort jedoch aus Gründen
der Klarheit der Illustration nicht dargestellt.
-
Die Abschätzung des Frequenz-Offsets
wird in eine komplexe Phasen- und Skalierungsschaltung 138 und
dann in einen Filter variabler Bandbreite 142 eingespeist.
Der Filter variabler Bandbreite 142 liefert am Ausgang 144 ein
gefiltertes Signal.
-
Das gefilterte Signal am Ausgang 144 wird
in einen Oszillator 146 eingespeist. Typischerweise ist der
Oszillator 146 ein spannungsgesteuerter Oszillator. Es
könnten
hier jedoch auch jegliche signalerzeugenden Mittel verwendet werden,
die geeignet sind, ein Ausgangssignal mit einer Frequenz zu erzeugen, die
von dem gefilterten Signal abhängt.
-
Das Ausgangssignal aus dem Oszillator 146 wird
an einen zweiten Eingang 148 des Mischers 122 geliefert.
Dies versetzt den Mischer 122 in die Lage, die Frequenz
des Eingangssignals am Eingang 120 zu korrigieren.
-
Die Frequenz-Tracking-Schleife der
Erfindung ist eingerichtet, die Bandbreite des Filters variabler
Bandbreite 142 in Abhängigkeit
von wenigstens einem Charakteristikum des derzeit empfangenen Bursts
bekannter Daten zu ändern.
Erfindungsgemäß passt
die Frequenz-Tracking-Schleife die Bandbreite des Schleifenfilters 142 automatisch
an. Daher ist die Frequenz-Tracking-Schleife "adaptiv".
-
Bei der in 2 gezeigten, speziellen Ausführungsform
liefern die Mittel 150 Symbol- und Rahmen-Zeitsteuerungsinformation
an die gesamte Frequenz-Tracking-Schleife 100.
Erfindungsgemäß bestimmen
die Mittel 150 den Typ von Burst bekannter Daten, der in
einem Slot des Eingangsfunksignals empfangen wird. Die Mittel 150 können dann
ein Signal an den Filter variabler Bandbreite 142 liefern,
welches den Typ von Burst bekannter Daten identifiziert. Der Typ
von Burst zeigt an, wie viele a priori bekannte Datensymbole in
dem Burst enthalten sind. Die Information erlaubt die Einstellung
der Bandbreite des Schleifenfilters variabler Bandbreite auf Grundlage der
Länge bekannter
Daten in dem empfangenen Burst.
-
Der Effekt des erfindungsgemäßen Variierens
der Bandbreite des Filters variabler Bandbreite 142 kann
durch Betrachtung des Betriebs des Frequenzabschätzers 134 verstanden
werden. Wie in Verbindung mit 1 erläutert, leitet der
Frequenzabschätzer 34, 134 in
der Frequenz-Tracking-Schleife
eine Abschätzung
der Frequenz des Ausgangssignals des Mischers ab. Der Frequenzabschätzer 134 in
der Anordnung nach 2 verwendet
die Trainingssequenzen, um diese Abschätzung durchzuführen.
-
Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der
von dem Frequenzabschätzer 134 gelieferten
Frequenzabschätzung
ist ungefähr
proportional der Anzahl bekannter Symbole, die verwendet werden,
um die Abschätzung
abzuleiten. Die Bandbreite des Schleifenfilters variabler Bandbreite
kann daher hinsichtlich des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses
des Ausgangssignals aus dem Frequenzabschätzer 134 optimiert werden,
indem die Bandbreite in Abhängigkeit
von der Anzahl von Symbolen in der empfangenen Sequenz bekannter
Daten geändert
wird. Wie im Detail weiter unten erläutert wird, verwenden die TETRA- und
GSM-Systeme Trainingssequenzen, deren Typ die Anzahl an Symbolen,
die sie enthalten, anzeigt.
-
Verschiedene detaillierte Anordnungen
der Erfindung erfüllen
das zugrundeliegende Erfindungsprinzip. Die Erfindung kann mit einer
Frequenz-Tracking-Schleife angeordnet werden, die angepasst ist, einen
Filter variabler Bandbreite mit relativ breiter Bandbreite bei Empfang
eines langen Bursts bekannter Daten bereitzustellen und einer relativ schmalen
Bandbreite bei Empfang eines kurzen Bursts bekannter Daten. Die
Bandbreite kann proportional zu der Länge des derzeit empfangenen
Bursts bekannter Daten gestaltet werden.
-
Es wird nun die Funktion des Schaltungselementes 150 betrachtet.
Ein Empfänger
für digitale Daten
weist normalerweise eine Schaltung zur Wiederherstellung der Symbole
und Rahmen des empfangenen Signals auf. Diese Schaltung liefert
Symbol- und Rahmen-Zeitsteuerungsinformation an den Empfänger. Tatsächlich werden
die Trainingssequenzen in dem empfangenen Signal normalerweise benutzt,
um diese Wiederherstellung zu erleichtern. Typischerweise werden
die Bits der bekannten Trainingssequenz in einem Korrelator mit
jeder folgenden Gruppe von Bits des empfangenen Funksignals verglichen.
Wenn die Korrelation maximal ist, zeigt dies an, dass die Gruppe
von Bits des empfangenen Signals der Trainingssequenz entspricht.
Da der Empfänger
weis, wo in einem Datenrahmen die Trainingssequenzen positioniert
sind, liefert diese Korrelationstechnik die erforderliche Information
zu Beginn und Ende des Rahmens und daher zur Rahmen-Zeitsteuerung. Bei
Durchführung
der Korrelationsbestimmung identifiziert der Korrelator auch klar,
welcher Typ von Trainingssequenz in dem empfangenen Funksignal enthalten
ist. Das Element 150 kann daher sowohl Information über die
Zeitsteuerung der Trainingssequenzen an das Element 134 in 2 liefern als auch Information über den
speziellen Typ von Trainingssequenz, der an dem Filter variabler
Bandbreite 142 empfangen wird.
-
Obgleich 2 eine spezielle Anordnung zur Implementierung
der Lehre der vorliegenden Erfindung zeigt, hat die Erfindung einen
weiteren Umfang als dieses einzige Ausführungsbeispiel. Bei der in
der 2 gezeigten Anordnung
liefern die Mittel 150 Information über den Burst-Typ an den Schleifenfilter 142.
Die Mittel 150 können
jedoch einfach die Anzahl der Symbole bestimmen, die den Burst bekannter
Daten ausmachen. Die Mittel 150 könnten dann diese Information
an den Filter variabler Bandbreite 142 liefern. Alternativ
könnten
die Mittel 150 ein Steuersignal an den Filter variabler
Bandbreite liefern, welches die Bandbreite des Filters in Abhängigkeit
von der Anzahl der in dem Burst enthaltenen bekannten Daten einstellt.
Die Anzahl von Symbolen und ihre Position wird von dem Burst-Typ
definiert, der durch Identifizierung der Trainingssequenz bestimmt
wird.
-
Es werden nun GSM- und TETRA-Funksysteme
betrachtet, um ein numerisches Beispiel einer praktikablen Implementation
der Erfindung bereitzustellen. Sowohl GSM-Mobiltelefonsysteme als auch TETRA-Funksysteme
verwenden Trainingssequenzen. Motorolas Tetra-kompatibles Funksystem
ist das "Dimetra"-System. Wenn die
Dimetra-Teilnehmer im Direktmodus arbeiten, leitet die automatische
Frequenzsteuerungsschleife ihre Abschätzung des Frequenz-Offsets
aus den Trainingssequenzen in den empfangenen Bursts ab.
-
Tetra-Direktmodus-Kommunikation verwendet
während
einer Anrufverbindung zwei Typen von Trainingssequenz, d. h. von
Bursts bekannter Daten. Diese sind der "Synchronisations-Burst" (DSB) und der "normale Burst" (DNB).
-
Für
den DSB-Burst sind die bekannten Trainingssequenzen eine Präambel von
6 Symbolen, eine Trainingssequenz von 19 Symbolen und eine Frequenzkorrektursequenz
von 40 Symbolen. Der Datenburst umfasst daher insgesamt 65 Symbole.
-
Für
den DNB-Burst sind die bekannten Trainingssequenzen eine Präambel von
6 Symbolen und eine Trainingssequenz von 11 Symbolen. Der Datenburst
umfasst daher insgesamt 17 Symbole.
-
Wir können daher erwarten, dass die
aus dem DSB-Burst abgeleiteten Abschätzungen ein durchschnittliches
Singal-zu-Rausch-Verhältnis aufweisen,
das 65/17 mal besser ist als die aus dem DNB-Bursts abgeleiteten
Abschätzungen.
-
Bei dem speziellen Beispiel eines
Tetra-Systems kann die erfindungsgemäße Frequenz-Tracking-Schleife
die Bandbreite des Schleifenfilters abhängig davon einstellen, ob entweder
DSB oder DNB empfangen wurde.
-
Wenn DSB empfangen wurde, kann die Schleifenbandbreite
breiter gemacht werden, als für einen
DNB, beispielsweise 65/17 mal breiter. Die Rauscheigenschaften der
Schleife werden nicht wesentlich leiden; ihre Fähigkeit, sich ändernden
Frequenzen zu folgen, wird jedoch steigen.
-
Die Anordnung der Erfindung ist auch
gültig für andere
Längen
von Datenbursts als bei dem hier erläuterten Beispiel von DSB- und
DNB-Datenbursts.
-
Dieses Beispiel hat eine Bandbreite
für den Filter
variabler Frequenz geliefert, die im Fall eines DSB-Bursts 65/17
mal breiter war als bei einem DNB-Burst. Die Erfindung erstreckt
sich jedoch auf andere Tracking-Schleifen, insbesondere auf solche, bei
denen eine Filterbandbreite für
einen größeren Burst
um einen Faktor, der gleich dem Verhältnis der Anzahl von Symbolen
in zwei unterschiedlichen Typen von Bursts bekannter Daten ist,
größer ist
als die Bandbreite für
einen kleineren Burst.
-
Die Frequenz-Tracking-Schleife kann
vorteilhafterweise in einem Empfänger
für ein
digitales Funkkommunikationssystem verwendet werden. Der Empfänger, der
die erfindungsgemäße Frequenz-Tracking-Schleife
enthält,
kann in einem Mobil- oder tragbaren Funkgerät oder einem Mobiltelefon eingesetzt
werden.
-
3 zeigt
in Form eines Flussdiagramms 300 ein erfindungsgemäßes Verfahren
zum Frequenz-Tracking.
-
Das Verfahren zum Frequenz-Tracking
gemäß 3 für ein digitales Funkkommunikationssystem
umfasst die Schritte 310 bis 350.
-
In Schritt 310 empfangen
Mittel zum Korrigieren eines Frequenz-Offsets ein Eingangs-Funksignal,
welches Bursts bekannter Daten enthält. Diese Bursts bekannter
Daten sind typischerweise die oben erläuterten TETRA-Trainingssequenzen.
Die Mittel zum Korrigieren eines Frequenz-Offsets können beispielsweise
einen Mischer oder einen komplexen Multiplizierer enthalten.
-
Schritt 320 des Verfahrens
umfasst das Abschätzen
eines Frequenz-Offsets des Ausgangssignals aus den Mitteln zum Korrigieren
eines Frequenz-Offsets. Dieser Schritt liefert eine Abschätzung des
Frequenz-Offsets des empfangenen Funksignals.
-
In Schritt 330 wird die
Abschätzung
des Frequenz-Offsets mit einer variablen Filterbandbreite gefiltert,
um ein gefiltertes Signal zu liefern. Die verwendete variable Filterbandbreite
hängt ab
von wenigstens einem Charakteristikum des derzeit empfangenen Bursts
bekannter Daten.
-
Schritt 340 umfasst das
Erzeugen eines Signals mit einer von dem gefilterten Signal aus
Schritt 330 abhängigen
Frequenz, um ein erzeugtes Signal zu liefern. Typischerweise kann
ein Oszillator dieses Signal erzeugen.
-
Schritt 350 umfasst das
Korrigieren der Frequenz des Eingangsfunksignals in den Mitteln
zum Korrigieren eines Frequenz-Offsets unter Verwendung des in Schritt 340 erzeugten
Signals.
-
Obgleich in 3 Schritt 350 als von Schritt 310 getrennt
dargestellt ist, werden diese Schritte beide in dem Mischer durchgeführt. Siehe
Element 122 von 2. Sobald
daher eine erste Abschätzung
des Frequenz-Offsets gefunden ist, kann Schritt 350 als
zurück
zu Schritt 310 verbindend angesehen werden. Dies ist der
Einfachheit halber in 3 nicht illustriert.
-
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen
des Verfahrens der Erfindung kann Schritt 330 weiter das Ändern der
Bandbreite des Filterns mit variabler Bandbreite in Abhängigkeit
von der Länge
des derzeit empfangenen Bursts bekannter Daten umfassen. Das Ändern der
Bandbreite kann derart erfolgen, dass bei Empfang eines langen Bursts
bekannter Daten das Filtern mit variabler Bandbreite bei einer relativ
breiten Bandbreite erfolgt und das bei Empfang eines kurzen Bursts
bekannter Daten das Filtern mit variabler Bandbreite bei einer relativ schmalen
Bandbreite erfolgt. Die Bandbreite des Filters variabler Bandbreite
kann proportional zu der Länge
des derzeit empfangenen Bursts bekannter Daten gestaltet werden.
-
Die Frequenz-Tracking-Schleifen und
-Verfahren nach dem Stand der Technik machen keine Verwendung von
dem erwarteten Signal-zu-Rausch-Verhältnis der individuellen Abschätzung des
Frequenz-Offsets auf Grundlage des Typs von Eingangsdatenbursts,
um die Bandbreite des Schleifenfilters anzupassen. Die Anordnungen
nach dem Stand der Technik weisen daher den Vorteil der Erfindung,
dass die Tracking-Leistung
ohne Beeinträchtigung
der Widerstandfähigkeit
gegen Rauschen verbessert wird, nicht auf.