DE60209043T2

DE60209043T2 - Verfahren und einrichtung zur steuerung der datenextraktion aus einem datenstrom, der mindestens ein datenpaket enthält

Info

Publication number: DE60209043T2
Application number: DE60209043T
Authority: DE
Inventors: Markus Schetelig; Harald Kafemann
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2022-10-12
Also published as: WO2003034648A2; WO2003034648A3; CN100411333C; DE60209043D1; KR100582960B1; ATE317187T1; CN1625863A; EP1438803B2; DE60209043T3; US7646831B2; US20030076905A1; EP1438803B1; KR20040051609A; EP1438803A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Datenextraktion aus einem Datenstrom, der mindestens ein Datenpaket enthält, insbesondere für die Verwendung in einem Empfänger eines drahtlosen, digitalen Kommunikationssystems.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es werden beispielsweise in auf TDMA basierenden digitalen Kommunikationssystemen, wie Bluetooth, Daten über eine Luftschnittstelle in getrennten Paketen mit einer wohl definierten Struktur übertragen. Das bedeutet, dass Daten in einem Datenstrom übertragen werden, der eine Vielzahl von Datenpaketen enthält. Bevor ein Empfänger die gewünschten Daten aus diesen Paketen extrahieren kann, muss er verschiedene Verarbeitungsschritte durchführen.
Signalparameter müssen geschätzt und eine passende Kompensation für sie durchgeführt werden. Eine Synchronisiereinheit, die unten beschrieben werden wird, ist für die Initialisierung und die Datenextraktion in einem Bluetooth-Empfänger verantwortlich.
Bluetooth ist ein globaler Standard für eine drahtlose, billige Datenkommunikation auf kurze Entfernung mit geringer Leistung. Auf der physikalischen Ebene wird eine binäre Gaußförmige Frequenzmodulation mit einem niedrigen Modulationsindex verwendet.
1 zeigt ein Beispiel der Empfangskette eines drahtlosen TDMA-Empfängers. Nach einer Abwärtswandlung der Trägerfrequenz auf eine Zwischenfrequenz IF durch einen Mischer 10, erfolgt eine Kanalauswahl mit einem Kanalfilter 11. Nach der Demodulation der Wellenform in einem Demodulator 12 wird die Wellenform (die in 2(a) als Wellenlinie W gezeigt ist) durch einen AD-Wandler 13 in eine digitale Darstellung überführt (die in 2(a) als X-es DW gezeigt ist). Somit kann eine Synchronisationseinheit 14, die die digitale Darstellung der empfangenen Wellenform, das ist die digitalisierte, demodulierte Wellenform des empfangenen Signals, an ihrem Eingang empfängt, voll digital sein. An ihrem Ausgang, der mit einer Verbindungssteuerung 15 verbunden ist, liefert sie die extrahierten Bits der empfangenen Datenpakete für die weitere Verarbeitung auf höheren Ebenen.
Um eine Datenextraktion zu ermöglichen, müssen verschiedene Aufgaben durch die Synchronisationseinheit 14 ausgeführt werden.
Die Bits eines Datenpakets werden über eine Luftschnittstelle 9, die in 1 durch eine Antenne dargestellt wird, in einer Sequenz binärer, FM-modulierter Symbole gesendet. Somit stellt jedes Symbol ein empfangenes Bit dar. Nach der FM-Demodulation muss die Synchronisationseinheit 14 diese Symbole mit einem unbekannten Zeitverhalten und einem unbekannten DC-Pegel verarbeiten, wenn die Symbole an der Synchronisationseinheit 14 ankommen.
Für die Datenextraktion müssen jedoch unbekannte Parameter geschätzt werden. Der DC-Pegel, der sich aus TX- und LO-Versätzen als auch aus Abweichungen des Demodulators 12 ergibt, kann ein paar Male der Amplitude der Wellenform selbst betragen. Unter gewissen Bedingungen, beispielsweise dem ersten Verbindungsaufbau, ist das Zeitverhalten vollständig unbekannt. Für folgende Pakete besteht zumindest eine zeitliche Unsicherheit von ±10 Symbolen.
Bevor die Datenextraktion begonnen werden kann, ist eine passende Initialisierung für die angewendeten Algorithmen notwendig.
Zuerst muss das Vorhandensein eines Pakets bestimmt werden. Wenn ein Paket detektiert wurde, muss das genaue Symbolzeitverhalten bestimmt werden. Es muss auch eine DC-Schätzung verfügbar sein, wenn die Datenextraktion beginnt.
Die Datenextraktion erfordert, dass für jedes Symbol eine 1/0-Entscheidung oder eine Bitentscheidung durchgeführt wird, das heißt, es muss entschieden werden, ob ein Symbol eine 1 oder eine 0 darstellt. Ein gebräuchliches Verfahren für diese Entscheidung besteht darin, die Wellenform, das ist die Sequenz von Symbolen mit einer DC-Schätzung (die als Linie DC in 2(a) gezeigt ist) in entschiedene aber überabgetastete Bits aufzuteilen, wie das in 2(b) gezeigt ist. Das heißt, auf der Basis der DC-Schätzung für jede der Abtastungen in einem Symbol wird eine getrennte Bitentscheidung durchgeführt. Dann wird für jedes Symbol eine Abtastung aus dem überabgetasteten Bitstrom als Ergebnis der tatsächlichen 1/0-Entscheidung genommen. Für eine optimale Bitfehlerratenleistung unter rauschbehafteten Bedingungen müssen die Abtastungen, die der Symbolphase mit dem optimalen Signal-zu-Rausch-Verhältnis (S/N) (die sogenannten goldenen Abtastungen) entsprechen, genommen werden. 2(c) zeigt die goldenen Abtastungen, die aus dem überabgetasteten Bitstrom durch eine passende Abtastungen genommen werden, und die entsprechenden Bits.
Eine DC-Schätzung kann durch das Einfrieren des Ausgangssignals eines Tiefpassfilters zu einem passenden Zeitpunkt, wenn ein Paket erkannt wurde, erhalten werden. Es wird angenommen, dass die Position einer goldene Abtastung sich im Symbolzentrum befindet, und sie somit direkt aus dem Symbolzeitverhalten abgeleitet werden kann.
Wenn die Datenextraktion begonnen hat, so können die DC-Schätzung und die Schätzung des Symbolzeitverhaltens kontinuierlich korrigiert werden.
Weiterhin verarbeitet in einigen bekannten Lösungen eine Synchronisationseinheit nur schon aufgeteilte (sliced) Bits, das heißt, sie empfängt den überabgetasteten Bitstrom. In diesem Fall wird die DC-Schätzung auf der Funkfrequenzseite (RF-Seite) durchgeführt. Es sollten jedoch verschiedene DC-Schätzverfahren (schnell und langsam adaptierende Tiefpassfilter) für die Paketsuche und die Datenextraktion durch die unterschiedlichen Leistungsanforderungen verwendet werden. Eine Bitaufteilung nach einem falschen Alarm (mit einem sich langsam anpassenden Tiefpassfilter) ist nicht notwendigerweise korrekt, und es kann deswegen sein, dass ein gültiges Paket verfehlt wird.
Somit müssen Empfänger einen Kompromiss eingehen zwischen der Paketverlustrate (nicht erkannte Pakete) und der Wahrscheinlichkeit für einen falschen Alarm (irrtümliche Anzeige eines Pakets). Einige Empfänger schalten einfach von einem nicht synchronen Abtastmodus in einen synchronen Abtastmodus um, wenn ein Paket erkannt wurde. Im Fall eines falschen Alarms wird die Erkennung eines gültigen Pakets oft blockiert, bis der falsche Alarm in höheren Ebenen erkannt wurde.
Die WO 01/45315 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Verbessern der Bitfehlerleistung innerhalb einer Funkschnittstellenverarbeitungsumgebung mit harter Entscheidung. Um ein Datenpaket innerhalb eines Datenstroms zu erkennen, wird eine empfangene Bitsequenz mit einer bekannten Bitsequenz korreliert, um einen Korrelationswert zu erhalten, der mit einem variablen Grenzwert verglichen wird.
Der variable Grenzwert wird durch sein Ersetzen durch den tatsächlichen Korrelationswert aktualisiert, wenn der tatsächliche Korrelationswert den Grenzwert übersteigt, bis eine Entscheidung gefällt wurde, dass der ankommende Bitstrom sich in Phase mit dem gespeicherten Bitstrom befindet, das heißt, bis der Empfang eines Datenpakets erkannt wird.
Nach der Entscheidung, dass die korrelierten Bitströme in Phase sind, wird der Grenzwert wieder durch ein Setzen auf einen Standardgrenzwert initialisiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Datenextraktion aus einem Datenstrom, der mindestens ein Datenpaket enthält, zu liefern, die verhindern, dass die Datenextraktion durch falsche Alarme blockiert wird.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch die Vorrichtung nach Anspruch 7 gelöst.
Die vorliegende Erfindung macht es möglich, den Datenempfang stark zu verbessern, da der Grenzwert für den Korrelationswert, der verwendet wird, um das Datenpaket zu erkennen, relativ niedrig gesetzt werden kann, so dass die Paketverlustrate so niedrig gehalten werden kann, dass nahezu kein Datenpaket verloren geht, wohingegen ein falscher Alarm nicht zum Empfang ungültiger Daten führt. Im Fall, dass ein Datenpaket irrtümlich erkannt wurde, während kein gültiges Datenpaket existiert, wird ein gültiges Datenpaket nicht verloren, da die Datenpaketerkennung kontinuierlich durchgeführt wird. Somit wird in einem Fall, bei dem angezeigt wird, dass ein Datenpaket empfangen wird, das mit größerer Wahrscheinlichkeit ein gültiges Datenpaket ist, da der Korrelationswert größer als der des ersten Datenpakets ist, die Datenextraktion erneut gestartet. Somit wird ein gültiges Datenpaket sogar dann nicht verfehlt, wenn die Datenextraktion durch einen falschen Alarm schon gestartet wurde.
Um die Zuverlässigkeit der Datenextraktion zu erhöhen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung der Grenzwert ein programmierbarer Wert. Somit kann der Grenzwert an verschiedene Betriebsbedingungen angepasst werden.
Um die Entscheidung, ob nach dem Beginn der Datenextraktion durch eine vorherige Datenpaketerkennung ein gültiges Datenpaket erkannt wurde, zu vereinfachen, wird der Korrelationswert als ein Korrelationswert jedes Mal dann gespeichert, wenn die Datenextraktion gestartet oder erneut gestartet wird, und der neue Korrelationswert, der kontinuierlich nach dem Starten oder erneuten Starten der Datenextraktion bestimmt wird, wird mit dem momentan gespeicherten Korrelationswert verglichen.
Gemäß einer vorteilhaften Verfeinerung der vorliegenden Erfindung wird eine Datenextraktion vor dem erneuten Starten einer Datenextraktion zurückgewiesen, da die Daten, die vor dem erneuten Starten extrahiert wurden, augenscheinlich falsche Daten sind, die durch einen früheren falschen Alarm verarbeitet wurden.
Um die Datenextraktion weiter zu verbessern, wird eine anfängliche Zeitschätzung bestimmt, nach dem Erkennen eines Datenpakets aber vor dem Starten der Datenextraktion, die das Abtasten von Bits aus einem Datenstrom für die Datenextraktion mit den Datenstromsymbolen synchronisiert. Der Moment, zu dem ein Paket erkannt wird, ist nur eine grobe Zeitinformation, und die anfängliche Zeitschätzung verbessert die Datenextraktion weiter.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Zeitsteuerung des Abtastverfahrens kontinuierlich verfolgt, durch das Vergleichen des Zeitverhaltens der Symbole im überabgetasteten Bitstrom mit der momentanen Zeitsteuerung des Abtastverfahrens und das Korrigieren der Zeitsteuerung des Abtastverfahrens, wenn die Abweichung zwischen der Zeitsteuerung des Abtastverfahrens und dem Zeitverhalten der Symbole einen gewissen Wert überschreitet.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird das Verfahren der Datenextraktion aus einem Datenstrom, der mindestens ein Datenpaket enthält, vorzugsweise durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7 durchgeführt.
Durch den Paketdetektor, der unabhängig von der Datenextraktionseinheit betrieben werden kann, ist es möglich, eine Paketerkennung sogar dann kontinuierlich durchzuführen, wenn die Datenextraktion schon gestartet wurde. Somit ist es möglich, die Datenextraktion, wie sie durch das erfindungsgemäße Verfahren gefordert wird, nun mit einer höheren Zuverlässigkeit erneut zu starten, direkt nachdem ein neuer Grenzwert anzeigt, dass ein Datenpaket erneut erkannt wurde.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine Anfangszeitverhaltens-Schätzeinrichtung, die den Datenstrom empfängt, um eine Anfangszeitverhaltensschätzung vor dem Starten der Datenextraktion zu bestimmen, um die Datenextraktion mit den Datenstromsymbolen zu synchronisieren, wobei die Anfangszeitverhaltensschätzung an das Synchronisationssteuermodul ausgegeben wird.
Die Datenextraktionseinheit umfasst eine DC-Schätzeinrichtung, die eine DC-Schätzung vom empfangenen Datenstrom ableitet, einen Komparator zum Ausführen einer Bit-Entscheidung an den Daten des empfangenen Datenstroms, um einen überabgetasteten Bitstrom abzuleiten, wobei der Komparator erste und zweite Eingänge aufweist, um die DC-Schätzung von der DC-Schätzeinrichtung beziehungsweise den Datenstrom zu empfangen, und ein Abtast-und-Halte-Modul für das Abtasten des überabgetasteten Bitstroms, der vom Komparator empfangen wird.
Die Datenextraktionseinheit umfasst ferner eine Zeitverhaltens-Schätzeinrichtung, die den überabgetasteten Bitstrom, der vom Komparator ausgegeben wird, empfängt, zum Verfolgen des anfänglichen Zeitverhaltens und zur Steuerung des Abtast-und-Halte-Moduls.
Da die Datenextraktionseinheit eine Zeitverhaltens-Schätzeinrichtung für das kontinuierliche Verfolgen des Zeitverhaltens oder der Synchronisation umfasst, ist es möglich, dass die Anfangszeitverhaltens-Schätzeinrichtung in derselben Weise wie zuvor nach dem Starten der Datenextraktion arbeitet, so dass wenn ein weiteres Datenpaket mit einer höheren Zuverlässigkeit erkannt worden ist, ein erneutes Starten der Datenextraktion in derselben Weise wie beim erstmaligen Starten der Datenextraktion durchgeführt werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend detaillierter unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsformen zeigen, beschrieben.
1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm der Empfangskette einer konventionellen Sende/Empfangseinrichtung, die für eine drahtlose Kommunikation verwendet wird.
2 zeigt verschiedene Diagramm für (a) die demodulierte Wellenform, die digitalisierte, demodulierte Wellenform und den DC-Pegel, (b) den überabgetasteten Bitstrom und (c) den extrahierten Bitstrom mit den jeweiligen Bits.
3 ist ein vereinfachtes, schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die als Synchronisationseinheit verwendet werden kann.
4 ist ein vereinfachtes, schematisches Diagramm einer Synchronisationssteuerzustandsmaschine, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
5 ist ein vereinfachtes, schematisches Blockdiagramm einer Zeitverhaltens-Schätzeinrichtung, die in einer Datenextraktionseinheit einer Synchronisationseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Vorrichtung für die Datenextraktion, beispielsweise eine Synchronisationseinheit, wird gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer stark modularen Struktur verwirklicht. Wie man in 3 sieht, sind die Hauptteile der Synchronisationseinheit ein Vorbehandlungsmodul 16, das eine ADC-Nachbehandlung oder eine Nachdetektionsfilterung des demodulierten Signals enthalten kann, ein Paketdetektor 17, der das Eingangssignal, das ist die digitale Darstellung der demodulierten Wellenform, nach gültigen Zugangskodes abtastet, eine Anfangszeitverhaltens-Schätzeinrichtung 18, die eine Anfangszeitverhaltens-Schätzung des Symbolzeitverhaltens liefert, eine DC-Schätzeinrichtung 19, die zu Beginn als auch kontinuierlich verfolgte DC-Schätzungen für die Symbolaufteilung erzeugt, ein Komparator 20 für die Symbolaufteilung, eine Zeitverhaltens-Schätzeinrichtung 21 für das kontinuierliche Verfolgen des Symbolzeitverhaltens, ein Abtast-und-Halte-Modul 22, das das Dezimieren von Abtastwerten durchführt, und ein Synchronisationssteuermodul 23, das alle oben angegebenen Module steuert.
Im allgemeinen kann das Vorbehandlungsmodul 16 eine ADC-Nachbehandlung oder eine Nachdetektionsfilterung des demodulierten Signals enthalten.
Beispielsweise ist das Vorbehandlungsmodul 16 für die Nachdetektions-Tiefpassfilterung verantwortlich, die für das Optimieren der Bitfehlerrate unter mit Rauschen oder Interferenzen behafteten Zuständen verwendet wird. Das Ausgangssignal ist die tiefpassgefilterte, digitale Wellenformdarstellung DW der demodulierten Wellenform W. Das Vorbehandlungsmodul 16 wird an der Funkfrequenz/Basisband(RF/BB)-Schnittstelle platziert.
Der Paketdetektor 17 ist für das Anzeigen des Vorhandenseins eine gültigen Pakets verantwortlich. Der Paketdetektor 17 erhält das demodulierte und gefilterte Wellenformsignal DW als Eingangsgröße und liefert einen Korrelationswert CorrVal als Ausgangssignal. Der Korrelationswert CorrVal zeigt den Grad der Ähnlichkeit zwischen der Bitsequenz der empfangenen Wellenform und einer erwarteten Bitsequenz an.
Ein Paketdetektor 17 für TDMA-Transceiver, der mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist im Detail in der parallelen US-Patentanmeldung, die am selben Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde und die die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 100 51 889 beansprucht, beschrieben. In dieser Anmeldung wird die Berechnung der Schätzung des Korrelationswertes erläutert.
Die Anfangszeitverhaltens-Schätzeinrichtung 18 bearbeitet auch das digitale, demodulierte Wellenformsignal DW. Während einer gegebenen Suchzeit, die durch das Synchronisationssteuermodul 23 angezeigt wird, bestimmt die Anfangszeitverhaltens-Schätzeinrichtung 18 das genaue Symbolzeitverhalten. Die anfängliche Symbolzeitverhaltensschätzung wird an das Synchronisationssteuermodul 23 geliefert.
Die DC-Schätzeinrichtung 19 führt zwei Aufgaben durch. Wieder wird das digitale, demodulierte Wellenformsignal bearbeitet. Durch das Auswählen einer passenden Abtastung eines internen Tiefpassfilters wird eine anfängliche DC-Schätzung erzeugt. Danach wird diese DC-Schätzung kontinuierlich verfolgt, das heißt im Falle einer DC-Drift, die sich aus einer Trägerfrequenzdrift ergibt, wird die DC-Schätzung kontinuierlich korrigiert. Die DC-Schätzung wird an den Komparator 20 für eine Symbolaufteilung geliefert.
Der Komparator 20 vergleicht einfach das digitale Wellenformsignal DW mit der DC-Schätzung und führt die Symbolaufteilung durch, indem er den Wert 1 liefert, wenn der Wert des Wellenformsignals DW größer als die DC-Schätzung ist, oder den Wert 0 liefert, wenn der Wert des Wellenformsignals DW kleiner als die DC-Schätzung ist. Somit stellt das Ausgangssignal des Komparators 20 einen überabgetasteten Strom von Bits dar, wie das in 2b gezeigt ist.
Die Zeitverhaltens-Schätzeinrichtung 21 verfolgt kontinuierlich die Symbolzeitverhaltensschätzung. Sie beginnt mit einer anfänglichen Zeitverhaltens-Schätzung, die sie vom Synchronisationssteuermodul 23 erhält. Die Zeitverhaltens-Schätzeinrichtung 21 wertet die Flanken der demodulierten Wellenform aus, die intern durch das Bearbeiten des überabgetasteten Bitstroms, der vom Komparator 20 empfangen wird, erzeugt werden, und vergleicht das geschätzte Zeitverhalten und das tatsächliche Zeitverhalten. Das tatsächliche Zeitverhalten kann gleich, früher oder später im Vergleich zum geschätzten Zeitverhalten sein. Wenn es eine gewissen Tendenz entweder zu früher oder später gibt, so wird das geschätzte Zeitverhalten entsprechend korrigiert. Die Symbolzeitverhaltensschätzung STE wird dem Abtast-und-Halte-Modul 22 als Ausgangssignal der Zeitverhaltens-Schätzeinrichtung 21 geliefert. Die Symbolzeitverhaltensschätzung STE kann tatsächlich durch zwei Signale gebildet werden, wobei die Zeitverhaltensinformation indirekt auf ihnen kodiert ist.
Das Abtast-und-Halte-Modul 22 führt das Dezimieren der Abtastwerte durch das Herausnehmen der goldenen Abtastwerte für die Symbolentscheidung durch. Das Abtast-und-Halte-Modul 22 liefert auch die Schnittstelle zu den folgenden (nicht gezeigten) Schaltungen, die die extrahierten Daten auf höheren Ebenen bearbeiten. Neben den extrahierten Daten B selbst, wird auch ein Signal für das Anzeigen des Datenstarts (FrameSync) benötigt.
Das Synchronisationssteuermodul 23 steuert das Synchronisationsverfahren. Es basiert auf einer Zustandsmaschine, bei der die Zustände den verschiedenen Phasen des Synchronisationsverfahrens entsprechen. Mit dem SyncWin-Signal können höhere Ebenen dem Synchronisationssteuermodul 23 anzeigen, wann ein gültiges Paket zu erwarten ist. Das Ausgangssignal des Synchronisationssteuermoduls 23 ist der aktuelle Zustand der internen Zustandsmaschine. Mit dem SyncWin-Signal werden andere Module der Synchronisationseinheit gesteuert.
Eine detaillierte Beschreibung der Synchronisationseinheit, die sich auf die Synchronisationssteuerzustandsmaschine und die Zeitverhaltensschätzung konzentriert, wird nun unter Bezug auf 4 gegeben.
Das Synchronisationsverfahren kann in verschiedene Phasen aufgeteilt werden. Diese Phasen werden durch unterschiedliche Zustände der Zustandsmaschine innerhalb des Synchronisationssteuermoduls 23 dargestellt. Diese Phasen sind:
INIT: Alle Module werden in einen wohl definierten Anlaufzustand initialisiert.
SEARCH PACKET: Ein gültiges Paket wird gesucht.
PACKET FOUND: Ein gültiges Paket wurde gefunden.
SEARCH TIMING: Das genaue Symbolzeitverhalten wird gesucht.
SYNCFOUND: Das Symbolzeitverhalten, das ist die Synchronisation, wurde gefunden.
ACTIVE: Die Datenextraktion läuft, wobei aber die Suche nach gültigen Paketen weiter fortgesetzt wird.
FINISHED: Die Datenextraktion läuft, bis die Synchronisationseinheit ausgeschaltet wird, es erfolgt keine weitere Paketsuche.
Wenn die Synchronisationseinheit eingeschaltet wird, das heißt der Takt läuft, aber ein Signal enable weist einen niedrigen Pegel auf, das heißt das Signal enable ist gleich 0, so tritt man in den Zustand INIT ein. Interne Register werden auf Standardwerte oder programmierbare Werte zurück gesetzt. Der Zustand INIT wird verlassen und man tritt in den Zustand SEARCH PACKET ein, wenn das Aktivierungssignal enable auf einen hohen Wert gesetzt wird, das heißt das Aktivierungssignal ist gleich 1.
Durch das Eintreten in den Zustand SEARCH PACKET werden der Paketdetektor 17 als auch die Anfangszeitverhaltens-Schätzeinrichtung 18 aktiviert. Der Paketdetektor 17 liefert einen Korrelationswert CorrVal an das Synchronisationssteuermodul 23, das den Grad der Ähnlichkeit zwischen einem Bitstrom einer empfangenen, demodulierten Wellenform und dem erwarteten Zugangskode oder dem Synchronisationswort anzeigt. Wenn CorrVal einen programmierbaren Grenzwert CorrThres übersteigt, wird angenommen, dass das gewünschte Paket gefunden wurde. In diesem Fall tritt man in den Zustand PACKET FOUND ein, wenn das Signal SyncWin hoch oder 1 ist.
Immer wenn man in den Zustand PACKET FOUND eintritt, wird der letzte Korrelationswert CorrVal in einem Register MaxCorrVal des Synchronisationssteuermoduls 23 als ein maximaler Korrelationswert gespeichert (nicht gezeigt).
Immer wenn ein neuer Korrelationswert CorrVal vom Paketdetektor 17 den registrierten maximalen Korrelationswert MaxCorrVal übersteigt, während zur selben Zeit der Zustand FINISHED noch nicht erreicht wurde, während das Signal SyncWin hoch oder 1 ist, tritt man erneut in den Zustand PACKET FOUND ein, und MaxCorrVal wird auf den neuen Wert gesetzt. Das heißt, das Synchronisationsverfahren kann im Zustand PACKET FOUND erneut gestartet werden. Somit kann die Synchronisationseinheit mit ihrer Suche nach Zugangskodes weitermachen, während die Datenextraktion schon vorbereitet oder gar gestartet wird. Wenn der Korrelationswert CorrVal einen höheren Vertrauenspegel (höheren Korrelationswert CorrVal) im Vergleich zur letzten Paketdetektion zeigt, so wird das Synchronisationsverfahren erneut gestartet. Bis hierher extrahierte Daten werden zurück gewiesen. Das erneute Starten des Synchronisationsverfahren kann als „mehrfache Synchronisation gefunden (multiple sync-found)" bezeichnet werden.
Ein Vorteil der „mehrfach gefundenen Synchronisationen" besteht darin, dass ein Kompromiss zwischen der falschen Alarmrate und der Paketerkennungsleistung in rauschbehafteten Zuständen erleichtert wird, da immer die am besten passende Sequenz erkannt werden kann. Falsche Alarme blockieren die Synchronisationseinheit in ihrer Detektion von Zugangskodes, die mit einer ausreichenden Signalqualität empfangen werden, nicht. Normalerweise erreichen falsche Alarme nicht die Pegel des höchstmöglichen Korrelationswertes CorrVal.
Man kann nur in den Zustand PACKET FOUND eintreten, wenn ein Signal SyncWin auf 1 gesetzt ist. Ansonsten wird das Ergebnis der Auswertung des Korrelationswerts CorrVal ignoriert. Mittels des Signals SyncWin können höhere Schichten das Synchronisationsverfahren steuern. Ein wohl definiertes Zeitfenster für die Synchronisation kann als Folge angegeben werden.
Wenn man in den Zustand PACKET FOUND eintritt, ist das Zeitverhalten des erkannten Pakets schon grob bekannt. Die Ungenauigkeit beträgt jedoch fast ±1 Symbol. Somit muss die Anfangszeitverhaltens-Schätzeinrichtung 18 nach einem genauen Zeitverhalten während nur einer Symbolzeitdauer suchen. Dies ermöglicht eine effiziente Implementierung der Anfangszeitverhaltens-Schätzeinrichtung 18.
Der Zustand PACKET FOUND wird verlassen, wenn die Suchzeit für die Anfangssymbolzeitverhaltens-Schätzung beginnt. Die Suchzeit beginnt in einer programmierbaren Zeit, nachdem man den Zustand PACKET FOUND betreten hat. Wenn der Wert des Zählers WinCount den programmierbaren Wert WinStart erreicht, wird der Zustand SEARCH TIMING betreten.
Der Zähler WinCount läuft im Zustand SEARCH TIMING weiter. Die Verzögerung, die durch den Wert WinStart zwischen der Paketerkennung und dem Start der Anfangszeitverhaltens-Suche gegeben ist, wird benötigt, da der Paketdetektor 17 und die Anfangszeitverhaltens-Schätzeinrichtung 18 auf verschiedene Teile des verarbeiteten Zugangskodes triggern. Der Paketdetektor 17 triggert am Ende des Synchronisationsworts und die Anfangszeitverhaltens-Schätzeinrichtung 18 triggert am Ende der Anhangsbits des empfangenen Datenpakets.
Im Zustand SEARCH TIMING wartet das Synchronisationssteuermodul 23 auf das Triggersignal InitTiming von der Anfangszeitverhaltens-Schätzeinrichtung 18. Wenn das Triggersignal InitTiming ankommt, das heißt wenn das Signal InitTiming gleich 1 ist, oder wenn der Zähler WinCount den programmierbaren Wert WinStop erreicht, wird in den Zustand SYNCFOUND eingetreten.
Der Zustand SYNCFOUND dauert nur einen Taktzyklus. Er zeigt den anderen Modulen an, dass ein Zugangskode mit dem genauen Symbolzeitverhalten gefunden wurde, das heißt, dass eine Synchronisation gefunden wurde. Die Zeitverhaltens-Schätzeinrichtung 21 und das Abtast-und-Halte-Modul 22 werden während des Zustands SYNCFOUND initialisiert. In diesen Modulen 21 und 22 werden dann Modulozähler mit einer Zeitdauer, die der Symbolzeitdauer entspricht, gestartet. Der Zustand SYNCFOUND wird sofort verlassen. Normalerweise wird in den Zustand ACTIVE eingetreten. Mit Ausnahme des einen Zustands, bei dem der Wert des Zähler CorrVal den registrierten Wert MaxCorrVal übersteigt, während das Signal SyncWin gesetzt ist. In diesem Fall wird in den Zustand PACKET FOUND eingetreten.
Der Zustand ACTIVE dauert für eine programmierbare Zeit MaxSearchTime. Wenn man in ihn eintritt, wird der Zähler AfterSFCount gestartet. Wenn der Wert dieses Zählers AfterSFCount den programmierbaren Wert MaxSearchTime übersteigt, wird in den Zustand FINISHED eingetreten.
Während des Zustands ACTIVE als auch während des Zustands FINISHED ist die Datenextraktion aktiv. Während des Zustands ACTIVE kann jedoch das Synchronisationsverfahren unter den bekannten Bedingungen und gebunden an die Werte CorrVal, MaxCorrVal und SyncWin erneut gestartet werden.
Der Zustand FINISHED wird verlassen, wenn die Synchronisationseinheit 23 abgeschaltet wird. In diesem Zustand wird wieder der Zustand INIT betreten, wenn das Signal enable auf einen hohen Wert gesetzt ist. Normalerweise wird die Synchronisationseinheit 14 dazwischen abgeschaltet.
Die Synchronisationseinheit 14 ist nicht verantwortlich für das Detektieren des Endes der Nutzerdaten. Höhere Schichten müssen die Datenauswertung zu passender Zeit stoppen.
Der Vorteil der modularen Struktur der Synchronisationseinheit 14 gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Module für die Paketdetektion und die Symbolzeitverhaltensschätzung (Paketdetektor 17, Anfangszeitverhaltens-Schätzeinrichtung 21) kontinuierlich arbeiten können, wenn die Datenextraktion schon gestartet wurde.
Für eine optimale Empfängerleistung in Bezug auf die Bitfehlerrate müssen die passendsten Abtastungen innerhalb des überabgetasteten Bitstroms von der Symbolaufteilung, die sogenannten goldenen Abtastungen, verwendet werden, um die empfangenen Bits darzustellen.
Die Aufgabe der Zeitverhaltens-Schätzeinrichtung 21 besteht darin, die Abtastzeit für die Abtast-und-Halte-Schaltung 22 einzustellen. Nach der Initialisierung korrigiert die Zeitverhaltens-Schätzeinrichtung 21 kontinuierlich die Abtastzeit. Der Hauptgrund für die fortgesetzte Korrektur besteht darin, eine Kompensation für die Anfangszeitverhaltens-Fehler nach der Synchronisation zu liefern. Ein zweiter Grund besteht darin, Abweichungen zwischen dem Bittakt des Senders und dem des Empfängers zu kompensieren.
Die Zeitverhaltensschätzung wird mit einem Flankendetektionsverfahren durchgeführt. Das bedeutet, dass die Flanken des überabgetasteten Datensignals von der Symbolaufteilung verwendet werden, um das Symbolzeitverhalten zu schätzen. Da die empfangenen und gefilterten Symbole symmetrisch sind, werden die sogenannten goldenen Abtastungen im Zentrum jedes Symbols gefunden. Durch die Symmetrie der Symbole sind die Flanken immer im Zentrum zwischen zwei Symbolen angeordnet. Somit treten die Flanken innerhalb einer festen Phase der Hälfte eines Symbols relativ zu den goldenen Abtastungen auf.
Die Zeitverhaltensschätzung erfolgt in zwei Schritten. Im ersten Schritt wird für jede Flanke des Datensignals von der Symbolaufteilung, das ist der überabgetastete Bitstrom, das geschätzte Zeitverhalten einer erwarteten Flanke mit dem tatsächlichen Zeitverhalten der Flanke verglichen. Das geschätzte Zeitverhalten einer erwarteten Flanke kann durch das Verzögerung des letzten Abtasttriggers um ein halbes Symbol erzeugt werden. Die Abtasttrigger entsprechen dem geschätzten Zeitverhalten der goldenen Abtastungen. Das geschätzte Zeitverhalten der Flanken und das geschätzte Zeitverhalten der goldenen Abtastungen können als gewisse Phasen des geschätzten Symbolzeitverhaltens angesehen werden.
Wenn das geschätzte Flankenzeitverhalten so erscheint, dass es früh ist, so wird ein Wert eines Früh-Spät-Zählers 31 (siehe 5) dekrementiert. Wenn es als spät erscheint, so wird der Wert des Früh-Spät-Zählers 31 inkrementiert. Dies wird für jede tatsächlich auftauchende Flanke durchgeführt. Wenn die tatsächlichen Flanken und die geschätzten Flanken zur selben Zeit auftauchen, bleibt der Wert des Früh-Spät-Zählers 31 unverändert. Auch wenn durch eine Sequenz gleicher Bits keine tatsächlichen Flanken auftauchen, wird der Früh-Spät-Zähler 31 seinen Wert behalten.
Im zweiten Schritt wird der Wert des Früh-Spät-Zählers 31 mit einem programmierbaren Grenzwert CorrectionThres verglichen. Wenn der positive oder negative Wert des Früh-Spät-Zählers diesen Grenzwert CorrectionThres übersteigt, wird das geschätzte Symbolzeitverhalten entsprechend korrigiert. Mit diesem Grenzwert wird die Adaptionsgeschwindigkeit der Zeitverhaltensschätzung gesteuert. Nach der Korrektur des geschätzten Symbolzeitverhaltens wird der Wert des Früh-Spät-Zählers 31 wieder auf 0 gesetzt. Der Wert des Früh-Spät-Zählers wird auch bei der Initialisierung im Zustand SYNCFOUND auf null gesetzt.
5 zeigt ein Beispiel für eine Implementierung der Zeitverhaltensschätzung in der Zeitverhaltens-Schätzeinrichtung 21.
Das geschätzte Flankenzeitverhalten ist mit einem Signal ExpectedEdge gegeben, das intern aus der aktuellen Symbolzeitverhaltensschätzung, das ist von der aktuellen Zeitverhaltensschätzung der goldenen Abtastung durch das Verzögern des Abtasttriggers um ein halbes Symbol, wie das oben erwähnt wurde, erzeugt werden kann. Der Bitstrom von der Symbolaufteilung, das ist das Ausgangssignal des Komparators 20, wird in der Zeitverhaltens-Schätzeinrichtung für das Erzeugen des Signals ActualEdge durch das Durchführen einer Flankendetektion auf diesem Signal verwendet.
Das Signal ExpectedEdge und ein Signal ActualEdge, das durch einen Flankendetektor 24 erzeugt wird, werden in eine Abgriffverzögerungsleitung 25, 26 mit einer Länge von grob der Hälfte eines Symbols gegeben. Die Abgriffe jeder der Abgriffverzögerungsleitungen 25, 26 sind jeweils mit ersten und zweiten UND-Gattern 27, 28 über jeweilige ODER-Gatter 29, 30 verbunden. Das Signal ActualEdge, das durch den Flankendetektor 24 ausgegeben wird, wird in einen zweiten Eingang des zweiten UND-Gatters 28 eingegeben, dessen erster Eingang das Ausgangssignal des zweiten ODER-Gatters 30 empfängt, das mit der zweiten Abgriffverzögerungsleitung 26 verbunden ist, das Signal ExpectedEdge empfangend. In ähnlicher Weise wird das Signal ExpectedEdge einem zweiten Eingang des ersten UND-Gatters 27 zugeführt, dessen erster Eingang das Ausgangssignal des ersten ODER-Gatters 29 empfängt, das mit der ersten Abgriffverzögerungsleitung 25 verbunden ist, das Signal ActualEdge empfangend.
Durch das jeweilige Vergleichen jedes der Signale ActualEdge und ExpectedEdge mit den verzögerten Abgriffen des anderen, wird geprüft, ob ein Ereignis (das ist eine erwartete oder tatsächliche Flanke) vor dem anderen auftritt. Wenn dem so ist, wird ein entsprechender Trigger Früh oder Spät gesetzt, und der Früh-Spät-Zähler 31 wird entsprechend geändert. Im normalen Betrieb tauchen die Ereignisse ExpectedEdge und ActualEdge maximal einige wenige Abtastungen voneinander entfernt auf. Zusätzlich treten die Ereignisse ExpectedEdge und ActualEdge meistens nur einmal während einer Zeitdauer von nahezu einem Symbol auf.
Wenn der Wert des Früh-Spät-Zählers 31 den Korrekturgrenzwert CorrectionThres übersteigt, wird das geschätzte Symbolzeitverhalten entsprechend um eine Abtastung verschoben durch das Inkrementieren oder Dekrementieren des Signals SelSampleNo durch die Korrektureinrichtung 32, die mit dem Früh-Spät-Zähler 31 verbunden ist. Das heißt, wenn der Wert des Früh-Spät-Zählers 31 kleiner als der negative Wert des Grenzwerts CorrectionThres ist, wird das Signal SelSampleNo inkrementiert, wohingegen wenn der Wert des Früh-Spät-Zählers 31 größer als der positive Grenzwert CorrectionThres ist, das Signal SelSampleNo dekrementiert wird. Der Wert des Früh-Spät-Zählers 31 wird dann wieder auf null gesetzt.
Die Zeitverhaltens-Schätzeinrichtung 21 als auch die Abtast- und-Halte-Schaltung 22 werden im Zustand SYNCFOUND initialisiert. Der Zustand SYNCFOUND tritt mit einer bekannten festen Phase relativ zum empfangenen, demodulierten Wellenformsignal auf. SelSampleNo ist eine gewisse Phase relativ zu einem frei laufenden Modulozähler 33 (Periode 1 Symbol), der im Zustand SYNCFOUND initialisiert wird. Bei der Initialisierung wird SelSampleNo auf einen wohl definierten Wert gesetzt, der das anfangs geschätzte Zeitverhalten der goldenen Abtastungen darstellt. Somit wird die aktuelle Symbolzeitverhaltens-Schätzung mit dem Signal SelSampleNo gegeben.
Die Symbolzeitverhaltens-Schätzung STE, das ist das geschätzte Zeitverhalten der goldenen Abtastungen, wird an die Abtast-und-Halte-Schaltung 22 mit zwei Signalen, das ist das Signal SelSampleNo und das Ausgangssignal des Zählers 33 geliefert. Der frei laufende Modulozähler 33 wird als eine Referenzzeit verwendet. Der Modulozähler 33 wird gestartet, wenn die Synchronisationssteuerschaltung 23 in den Zustand SYNCFOUND eintritt, durch ein Startsignal Start. Das zweite Signal SelSampleNo bestimmt die tatsächliche Abtastzeit. Wenn SelSampleNo und der Wert des Modulozählers 33 gleich sind, wie die Abtastung ausgelöst. Wenn SelSampleNo um 1 inkrementiert wird, so wird das Abtastzeitverhalten um eine Abtastung verzögert. Wenn SelSampleNo um 1 dekrementiert wird, findet die Abtastung eine Abtastung früher statt.
Der Zwecke der Zweisignallösung statt der Verwendung eines Abtasttriggersignals besteht darin, neben dem tatsächlichen Zeitverhalten auch die Information über das anfängliche Zeitverhalten an die Abtast-und-Halte-Schaltung 22 zu liefern.

Claims

Verfahren zur Datenextraktion aus einem Datenstrom, welcher mindestens ein Datenpaket enthält, umfassend die Schritte von: – Vergleichen eines Bitstroms, der von einem empfangenen digitalen Datenstrom abgeleitet wird, mit einer erwarteten Bit-Sequenz, um einen Korrelationswert (CorrVal) zum Erfassen eines Datenpaketes zu bestimmen, – Beginnen einer Datenextraktion, wenn der Korrelationswert (CorrVal) einen Grenzwert (CorrThres) übersteigt, der anzeigt, dass ein Datenpaket erfasst worden ist, – Speichern des Korrelationswertes (CorrVal), der einen Grenzwert (CorrThres) übersteigt, als einen maximalen Korrelationswert (MaxCorrVal), zur Verwendung als ein neuer Grenzwert, – Fortsetzen eines Vergleichens des empfangenen Bitstroms mit der erwarteten Bit-Sequenz, um einen neuen Korrelationswert (CorrVal) zu bestimmen, und – Erneutes Starten einer Datenextraktion, wenn der neue Korrelationswert (CorrVal) den gespeicherten maximalen Korrelationswert (MaxCorrVal) übersteigt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Grenzwert (CorrThres) ein programmierbarer Wert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Korrelationswert (CorrVal) jedes Mal als maximaler Korrelationswert (MaxCorrVal) gespeichert wird, wenn die Datenextraktion gestartet oder erneut gestartet wird und der neue Korrelationswert (CorrVal), der kontinuierlich nach einem Starten oder erneuten Starten einer Datenextraktion bestimmt wird, mit dem momentan gespeicherten maximalen Korrelationswert (MaxCorrVal) verglichen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Daten, die vor dem erneuten Starten einer Datenextraktion extrahiert worden sind, abgelehnt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei nach einem Erfassen eines Datenpakets eine anfängliche Zeitschätzung (InitTiming) vor einem Starten einer Datenextraktion bestimmt wird, die ein Abtasten von Bits von einem Datenstrom zur Datenextraktion mit Datenstromsymbolen synchronisiert.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Zeitsteuerung des Abtast-Prozesses kontinuierlich verfolgt wird, indem das Zeitverhalten von Symbolen innerhalb des überabgetasteten Bitstroms mit der momentanen Zeitsteuerung des Abtast-Prozesses verglichen wird und die Zeitsteuerung des Abtast-Prozesses korrigiert wird, falls die Abweichung zwischen der Zeitsteuerung des Abtast-Prozesses und der Zeitsteuerung der Symbole einen gewissen Wert übersteigt.
Vorrichtung zur Datenextraktion aus einem Datenstrom, der mindestens ein Datenpaket enthält, wobei die Vorrichtung umfasst: – eine Datenextraktionseinheit (19, 20, 21, 22) zum Extrahieren von Daten aus einem empfangenen Datenstrom, – einen Paketdetektor (17) zum Vergleichen eines Bitstroms, der von einem empfangenen digitalen Datenstrom abgeleitet wird, mit einer erwarteten Bit-Sequenz, um einen Korrelationswert (CorrVal) zum Erfassen eines Datenpaketes zu bestimmen, wobei der Paketdetektor (17) angepasst ist, ein Vergleichen des empfangenen Bitstroms mit der erwarteten Bitsequenz nach einem Starten einer Datenextraktion fortzusetzen, um einen neuen Korrelationswert (CorrVal) zu bestimmen, und – ein Sync-Steuermodul (23), welches den Korrelationswert (CorrVal) von dem Paketdetektor (17) empfängt, wobei das Sync-Steuermodul (23) angepasst ist – die Datenextraktionseinheit (19, 20, 21, 22) zum Starten oder erneuten Starten einer Datenextraktion zu steuern, wenn der Korrelationswert (CorrVal) einen Grenzwert (CorrThres) oder einen gespeicherten maximalen Korrelationswert (MaxCorrVal) übersteigt, der anzeigt, dass ein Datenpaket erfasst worden ist, und – den Korrelationswert (CorrVal), der einen Grenzwert übersteigt (CorrThres), als maximalen Korrelationswert (MaxCorrVal) zur Verwendung als einen neuen Grenzwert zu speichern.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Vorrichtung weiter umfasst, eine Anfangszeitverhaltens-Schätzungseinrichtung (18), welche den Datenstrom zum Bestimmen einer Anfangszeitverhaltens-Schätzung (InitTiming) vor einem Starten einer Datenextraktion zur Synchronisation einer Datenextraktion mit Datenstromsymbolen empfängt, wobei die Anfangszeitverhaltens-Schätzung (InitTiming) an das Sync-Steuermodul (23) ausgegeben wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Datenextraktionseinheit eine DC-Schätzungseinrichtung (19) umfasst, die eine DC-Schätzung von dem empfangenen Datenstrom ableitet, einen Komparator (20) zum Ausführen einer Bit-Entscheidung an den Daten des empfangenen Datenstroms, um einen überabgetasteten Bitstrom abzuleiten, wobei der Komparator (20) erste und zweite Eingänge zum Empfangen der DC-Schätzung von der DC-Schätzungseinrichtung (19) bzw. des Datenstroms und ein Abtast-und-Halte-Modul (22) zum Abtasten des überabgetasteten Bitstroms aufweist, der von dem Komparator (20) empfangen wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Datenextraktionseinheit weiter umfasst, eine Zeitverhaltens-Schätzungseinrichtung (21), die den von dem Komparator (20) ausgegebenen überabgetasteten Bitstrom empfängt, zum Verfolgen des anfänglichen Zeitverhaltens und zur Steuerung des Abtast-und-Halte-Moduls (22).