DE60216955T2

DE60216955T2 - Verfahren und gerät zum bestätigen einer pilotensignalsynchronisation

Info

Publication number: DE60216955T2
Application number: DE60216955T
Authority: DE
Inventors: David Ben-Eli; Rony Ashkenazi
Original assignee: DSPC Technologies Ltd
Current assignee: DSPC Technologies Ltd
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2002-09-23
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: CN1608350A; JP4022199B2; CN100483960C; AU2002337590A1; EP1440522A1; WO2003036812A1; US7054299B2; MY129369A; DE60216955D1; JP2005506796A; KR100723566B1; ATE349109T1; US20030081633A1; EP1440522B1; KR20040079897A

Description

In drahtlosen Kommunikationssystemen, wie in zellularen Kommunikationssystemen der 3. Generation (3G) kann zwischen den Basisstationen (BS) eine variable relative Verzögerung existieren. Demzufolge können drahtlose Kommunikationssysteme eventuell nicht synchronisiert werden und die relative Verzögerung kann zeitlich variieren, wodurch eine BS andere Pilotsignale als eine andere BS verwenden kann.
Zur Synchronisation einer Mobilstation (MS) mit der BS können Synchronisationsverfahren verwendet werden. Die Synchronisation kann durch die Suche nach einem Pilotsignal und die Durchführung einer Frequenzerfassung erfolgen. Die Suche nach dem Pilotsignal kann durch einen Empfänger durchgeführt werden. Der Empfänger kann jedoch Signale, die das gesuchte Pilotsignal enthalten, unerwünschte Pilotsignale und Störungen empfangen. Außerdem kann das gesuchte Pilotsignal oder das unerwünschte Pilotsignal selbst Störungen enthalten. Dadurch können Fehlerkennungen und Fehlalarme auftreten. Eine Fehlerkennung kann die Erkennung eines unerwünschten Pilotsignals oder eines Störsignals statt des gesuchten Pilotsignals sein. Ein Fehlalarm kann die Rückweisung des gesuchten Pilotsignals sein. Außerdem können aus Fehlerkennungen und Fehlalarmen Fehler im Frequenzerfassungsprozess entstehen.
Das US-Patent 6,144,691 beschreibt eine Methode zur Synchronisation eines Empfängers mit der Spreizbandtechnik (DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum) in einem Kommunikationssystem. Der Empfänger wendet vor der Synchronisation am DSSS-Empfangssignal ein Verifizierungsverfahren an. Das Verifizierungsverfahren kann eine Fenstersuche mit einem über einer Pseudozahl Phasen (PN) des anfänglich empfangenen ersten Signals zentrierten Suchfenster enthalten. Das Verifizierungsverfahren enthält eine Anzahl (K) von Suchdurchläufen, von denen jeder Durchlauf M PN-Offsets umfasst. Mindestens ein Parameter eines jeden der K Fenstersuchdurchläufe wird gespeichert. Mindestens einer der Parameter eines jeden der K Durchläufe wird entsprechend eines vordefinierten Algorithmus verarbeitet. Auf die Ergebnisse des Algorithmus basierend wird entschieden, ob eine oder keine Synchronisation mit einem zweiten Signal erfolgt oder ob die Suche erneut gestartet wird.
Folglich besteht ein anhaltender Bedarf für bessere Verfahren zur Verifizierung der Pilotsignal-Synchronisation und der Frequenzerfassung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der als Erfindung geltende Gegenstand wird genau dargelegt und im abschließenden Teil der Spezifikation eindeutig beansprucht. Die Erfindung sowohl hinsichtlich der Organisation als auch in der Funktionsweise zusammen mit Objekten, Eigenschaften und den daraus entstehenden Vorteilen wird jedoch am besten mit Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung verstanden, wenn diese mit den dazugehörigen folgenden Zeichnungen gelesen wird:
1 ist ein Blockdiagramm des Beispiels eines drahtlosen Kommunikationssystems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsart der Erfindung;
2 ist die bildliche Darstellung von Pilotsignalmustern in Übereinstimmung mit einer Ausführungsart der Erfindung.
3 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsart einer Mobilstation in Übereinstimmung mit der Erfindung;
4 ist ein Blockdiagramm eines Verifizierers in Übereinstimmung mit einer Ausführungsart der Erfindung;
5 ist ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsart einer Mobilstation in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein Blockdiagramm eines Frequenzoffsetabschätzers der 5 und
7 ist ein Flussdiagramm eines Frequenzgleichsetzungsverfahrens, das in Übereinstimmung mit der Erfindung verwendet werden kann.
Für die Vereinfachung und Klarheit der Darstellung wurden die in den Abbildungen gezeigten Elemente nicht unbedingt maßstabsgerecht gezeichnet. Zur Klarstellung wurden beispielsweise manche Elemente im Verhältnis zu den anderen vergrößert dargestellt. Wo es angebracht schien, wurden außerdem Referenznummern auf den Abbildungen wiederholt verwendet, um entsprechende oder analoge Elemente kennzuzeichnen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein vollständiges Verstehen der Erfindung zu liefern. Für Fachleute versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Details genutzt werden kann. In anderen Fällen werden wohlbekannte Methoden, Verfahren, Komponenten und Schaltungen nicht im Detail beschrieben, sofern diese für die vorliegende Erfindung unbedeutend sind.
Mobilstationen, die hinsichtlich des Anwendungsbereiches der vorliegenden Erfindung inbegriffen sein sollen, umfassen nur zum Zweck eines Beispiels zellulare Funktelefone, Zweiwege-Funk-Sende-Empfangsgeräte, Sende-Empfangsgeräte in Digitalsystemen und desgleichen.
Die Typen der zellularen Funktelefone, die für den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, umfassen u. a. Code Division Multiple Access (CDMA), CDMA-2000, Breitband-CDMA (WCDMA) und zellulare Funktelefone für das Senden und Empfangen von Spread-Spectrum-Signalen und desgleichen.
Auf der 1 wird ein drahtloses Kommunikationssystem (10) in Übereinstimmung mit einer Ausführungsart der Erfindung gezeigt. Das drahtlose Kommunikationssystem (10) kann eine oder mehrere Basisstationen (15, 20) umfassen. Beispielsweise kann eine der Basisstationen (15, 20) eine oder mehrere Antennen enthalten. Die Basisstation (20) kann zwei Sender und zwei Antennen (24) und (26) und die Basisstation (15) einen Sender und eine Antenne (16) enthalten.
Entsprechend den exemplarischen Ausführungsarten der Erfindung kann die Basisstation (15) für die Übertragung eines Pilotsignalmusters und die Basisstation (20) zur Übertragung von einem oder mehreren Pilotsignalmustern mit mindestens zwei Sendeantennen angepasst sein. Außerdem können die Basisstationen (20) und (15) Bestandteil eines zellularen Kommunikationssystems sein. Es sollte jedoch verstanden werden, dass andere Kommunikationsmethoden und -systeme zur Übertragung von Sprache und Daten verwendet werden können.
Zusätzlich kann das drahtlose Kommunikationssystem (10) weitere Mobilstationen (100, 110, 120, 130) enthalten. Wie auf 1 gezeigt, können die Mobilstationen (100) und (120) zwei Antennen und die Mobilstationen (110) und (130) eine Antenne enthalten. Zwischen der Antenne der Basisstation und der Antenne der Mobilstation kann ein drahtloser Kanal existieren. Es kann beispielweise ein Kanal h₁ (30) zwischen der Antenne (24) der Basisstation (20) und der Antenne (102) der Mobilstation (100) sowie zwischen der Antenne (26) der Basisstation (20) und der Antenne (104) der Mobilstation (100) ein Kanal h₂ (40) existieren. Ein drahtloser Kanal kann verschiedene Pfade umfassen, die durch ihre Verstärkung und Verzögerung gekennzeichnet sind.
Wenden wir uns nun 2 zu, die das Beispiel eines Pilotsignalmusters zeigt, das in einem WCDMA-Zellularsystem verwendet werden kann. Ein Pilotsignal kann aus einem oder mehreren Pilotsignalmustern bestehen. Beispielsweise kann die Basisstation (20) das Pilotsignal mit dem Pilotsignalmuster (50) von der Antenne (24) und das Pilotsignalmuster (60) von Antenne (26) senden. Außerdem kann die Basisstation (15) ein Pilotsignalmuster (50) von Antenne (16) senden. Die Pilotsignalmuster (50, 60) können die Frames (51, 52) enthalten. Die Frames können aus 15 Slots bestehen, wobei "Slot Nr. 0" (53) der erste Slot des Frames (52) und "Slot Nr. 14" (54) der letzte Slot des Frames (51) sein kann. Ein Slot kann 10 modulierte Zeichen "±A" enthalten, wobei "A" für A = 1 + j steht. Ein moduliertes Zeichen kann aus 256 Chips bestehen. Außerdem kann eine Basisstation eine unterschiedliche Chipsequenz verwenden, um sich von anderen Basisstationen zu unterscheiden. Diese Chipsequenz kann "Scrambling-Code" genannt werden. Obwohl sich das auf 2 dargestellte Beispiel auf ein WCDMA-Zellularsystem bezieht, kann die vorliegende Erfindung auch mit jedem anderen Pilotsignalmuster verwendet werden.
Beachten wir nun 3, die ein Blockdiagramm einer Ausführungsart der Erfindung zeigt, die in mindestens einer der Mobilstationen (100, 110, 120 oder 130) verwendet werden kann. Zur Vereinfachung wird deshalb nur das Blockdiagramm der Mobilstation 100 beschrieben. Die Mobilstation (100) kann eine Antenne (101) und eine Antenne (102) beispielsweise für den Empfang der Pilotsignalmuster (50, 60), einen Synchronisierer (104), einen Verifizierer (105) und ein Frequenzerfassungsmodul (106) enthalten.
Im Betrieb können die Pilotsignalmuster (50, 60) von der Antenne (101) und der Antenne (102) empfangen werden. Der Synchronisierer (104) kann versuchen, die Synchronisation der Zeichen des Pilotsignals, das von der Basisstation (20) übertragen wird, zu erzielen. Während des Bestrebens, die Synchronisation der Zeichen des Pilotsignals zu erreichen, kann der Synchronisierer (104) prädiktive Synchronisationshypothesen liefern. Der Synchronisierer (104) kann auch in bestimmten Intervallen eine von mehreren Kandidatinnen als mögliche Synchronisationshypothese bereitstellen. Daher können viele Fehlalarmhypothesen am Ausgang des Synchronisierers (104) erscheinen. Der Verifizierer (105) kann die vom Synchronisierer (104) gelieferten Synchronisationshypothesen verifizieren. Der Verifizierer (105) kann das Empfangssignal während einer Zeitspanne prüfen und die Qualität des Empfangssignals mit bestimmten Kriterien vergleichen. Der Verifizierer (105) kann die Gültigkeit der Synchronisationshypothesen verifizieren und verifizierte Zeichen liefern. Entsprechend den exemplarischen Ausführungsarten der Erfindung kann das Frequenzerfassungsmodul (106) versuchen, unter Verwendung einer validierten Synchronisationshypothese und den verifizierten Zeichen die Frequenz der Mobilstation mit der Frequenz der Basisstation zu synchronisieren. Der Verifizierer (105) kann gleichzeitig mit einer Wiederholung einer Frequenzerfassung für verifizierte Zeichen die Synchronisation mit zwei oder mehr Zeichen des Pilotsignals verifizieren. Das Frequenzerfassungsmodul (106) kann den Frequenzoffset des empfangenen Pilotsignals messen und seine Frequenzquelle angleichen, bis für eine oder mehrere Wiederholungen die Abschätzung des Frequenzoffsets kleiner als eine Konvergenzschwelle wird.
Nun folgt eine detaillierte Beschreibung der Funktion des Verifizierers (105) und des Frequenzerfassungsmoduls (106). Es sollte verstanden werden, dass das Frequenzerfassungsmodul (106) für Frequenzoffsets, die kleiner als eine vorgegebene Schwelle sind, umgangen werden kann, um die Erfassungszeit zu reduzieren. Die Umgehung der Frequenzerfassung kann beispielsweise bei der Weiterreichung einer Mobilstation (100) von einem anderen System erfolgen.
Wenden wir uns nun der 4 zu, auf der eine Ausführungsart des Verifizierers (105) in Übereinstimmung mit der Erfindung gezeigt wird. Obwohl der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Ausführungsart beschränkt ist, kann der Verifizierer (105) einen Demodulator (131), einen Komparator (132), einen Berechner (133) der Summe von differenziellen Produkten, eine Vergleichsfunktion (134), einen Energieakkumulator (136) und die Addierer (137, 138) enthalten.
Diesem Beispiel entsprechend kann die Ausführungsart der vorliegenden Erfindung zwei oder mehr Empfangsantennen, zum Beispiel Mobilstation (100) und zusätzliche Demodulatormodule (131) umfassen. Der Berechner (133) der Summe von differenziellen Produkten und der Energieakkumulator (136) kann für die Empfangsantenne zur Verfügung stehen. Die Addierer (137, 138) können jeweils die Signale vom Berechner (133) der Summe von differenziellen Produkten und vom Energieakkumulator (136) kombinieren. Zur Vereinfachung bezieht sich jedoch die nachfolgende Beschreibung auf eine Ausführungsart mit einer Empfangsantenne. Der Demodulator (131), der Berechner (133) der Summe von differenziellen Produkten und der Energieakkumulator (136) können entsprechend der Anzahl der Pilotsignalmuster aus einem oder mehreren Modulen bestehen.
Entsprechend dieser exemplarischen Ausführungsart der Erfindung können die empfangenen Pilotsignalmuster (50, 60) vom Demodulator (131) demoliert werden. Der Demodulator (131) kann adaptiert werden, um beispielsweise die Pilotsignale eines WCDMA-Zellularsystems zu empfangen und die demodulierten empfangenen Zeichen (135) auszugeben. Außerdem kann der Demodulator (131) passend zum Spreizcode der Basisstationen einen oder mehrere Entspreizer erzeugen. Die demodulierten empfangenen Zeichen (135) können sich aus den Gleichungen 1a und 1b ergeben. Die Gleichung 1a ist ein allgemeiner Fall für eine Basisstation mit N Antennen und Gleichung 1b ein Beispiel einer Basisstation mit zwei Antennen. Zur Vereinfachung bezieht sich das Beispiel unten auf den Fall einer Basisstation mit zwei Antennen (Basisstation 20) und einer Mobilstation mit einer Antenne (Mobilstation 110). Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt und kann an einer Basisstation und einer Mobilstation mit einer beliebigen Anzahl von Antennen angewandt werden.
Gleichung 1a
Gleichung 1b
Wobei p_k das von der Antenne k gesendete Pilotsignalmuster und T die Pilotsignaldauer ist. Sinc gibt den Verlust durch die Rotation des Signals innerhalb eines Zeichens an, der Exponent zeigt die Rotation des gesamten Signals von Zeichen zu Zeichen, n ist ein äquivalenter Rauschausdruck durch das thermische Rauschen, andere Zellen, Mehrwegausbreitung oder irgendwelche andere Einwirkungen, i ist ein Zeitindex des empfangenen demodulierten Zeichens, f₀ ist der relative Frequenzoffset zwischen der Basisstation (20) und der Mobilstation (100) und θ kann eine unbekannte konstante Phase sein.
Die demodulierten empfangenen Zeichen (135) können in einen Berechner (133) der Summe von differenziellen Produkten eingegeben werden. Der Berechner (133) der Summe von differenziellen Produkten kann für beliebige zwei Zeichen mit der Erfüllung von sign(p2(i))= sign(p2(i + 1)) folgende differenziellen Produkte berechnen:
Gleichung 2 worin h(i) = h(i + 1) angenommen wird, da der Kanal relativ zur Zeichenrate langsam variiert.
Außerdem kann der Berechner (133) der Summe von differenziellen Produkten die obigen differenziellen Produkte akkumulieren, um wie in Gleichung 3 gezeigt die Summe der differenziellen Produkte von mindestens zwei demodulierten Zeichen generieren.
Gleichung 3
Entsprechend dieser exemplarischen Ausführungsart der Erfindung, wenn n Sendeantennen verwendet werden, kann der in Gleichung 3 verwendete Index i in einem Beispiel den Ausdruck p_k(i) = p_k(i + 1) für alle Sendeantennen erfüllen. In einem anderen Beispiel kann die Berechnung der Summe von differenziellen Produkten über empfangenen Paaren von empfangenen Zeichen über mindestens zwei aufeinander folgenden Zeitindexe (i,i + 1) erfolgen, wobei die Summe von differenziellen Produkten von mindestens einem Pilotsignalmuster den substantiell gleichen Wert für die ersten und zweiten übertragenen Pilotsignalzeichen enthalten kann.
Die Summe von differenziellen Produkten kann in eine Vergleichsfunktion (134) eingegeben werden. Die Vergleichsfunktion (134) kann einen vergleichbaren Realwert aus dem komplexen Wert der Summe von differenziellen Produkten generieren. Entsprechend der exemplarischen Ausführungsart der Erfindung kann die Vergleichsfunktion (134) beispielsweise den Realteil der Summe von differenziellen Produkten oder den absoluten Wert der Summe von differenziellen Produkten anwenden.
Der Komparator (132) kann den vergleichbaren Wert, beispielsweise einen absoluten Wert einer Summe von differenziellen Produkten (Gleichung 3) von mindestens zwei demodulierten Zeichen des Pilotsignalmusters (50, 60)
mit einer adaptiven Schwelle (139) vergleichen. Ein Beispiel der adaptiven Schwelle (139), die von der Summe von Energien der demodulierten empfangenen Zeichen abhängt, kann durch die Konstante
gegeben werden. In einer anderen Ausführungsart der vorliegenden Erfindung kann jedoch, falls gewünscht, ein anderer Energieabschätzer verwendet werden.
Die Funktion des Komparators (132) kann mit der Gleichung 4 unten dargestellt werden.
Gleichung 4
Der Verifizierer (105) kann die Gültigkeit der getesteten Hypothese verifizieren, wenn die linke Seite der Gleichung 4 größer als die rechte Seite ist, oder der Verifizierer (105) kann die getestete Hypothese widerlegen.
Außerdem kann der Verifizierer (105) durch seine Fähigkeit, ungültige Hypothesen auszuschließen, und seine Fähigkeit, gültige Hypothesen nicht auszuschließen, beurteilt werden. Die Fähigkeit, ungültige Hypothesen auszuschließen, kann mit "Fehlalarm-Wahrscheinlichkeit" bezeichnet werden, die idealerweise Null sein sollte. Die Fähigkeit, gültige Hypothesen nicht auszuschließen, kann mit "Fehlerkennungs-Wahrscheinlichkeit" bezeichnet werden, die idealerweise Null sein sollte.
In den hierin beschriebenen Ausführungsarten sollte verstanden werden, dass für einen ungültigen Kandidaten, der aus dem Synchronisierer (104) kommt, die zufallsbedingten Variablen auf beiden Seiten der Gleichung 4 durch Störungen entstanden. Obwohl verstanden werden sollte, dass die Abgrenzung und die Anwendung der vorliegenden Erfindung in keinster Weise auf diese Beispiele begrenzt sind, können die Werte der Konstanten für eine Fehlalarmwahrscheinlichkeit von weniger als 0,01 auf über 0,3 eingerichtet werden. Außerdem kann eine Fehlalarm-Wahrscheinlichkeit von Null eine höhere Fehlerkennungs-Wahrscheinlichkeit verursachen. Der wählbare adaptive Schwellwert kann folglich zum Ausbalancieren zwischen den beiden Wahrscheinlichkeiten ausgewählt werden.
Wir verweisen nun auf 5, auf der eine andere Ausführungsart der Erfindung gezeigt wird. Entsprechend der exemplarischen Ausführungsart der Erfindung kann die Ausführungsart (500) eine Mobilstation in einem zellularen WCDMA-Kommunikationssystem sein. Die Ausführungsart (500) kann eine Antenne (501), eine Antenne (502) einen Synchronisierer (104), einen Verifizierer (105), einen Flash-Speicher (520), ein Frequenzerfassungsmodul (530) und eine automatische Frequenzkontrolle (AFC) (540) enthalten.
Entsprechend dieser exemplarischen Ausführungsart der Erfindung kann das Frequenzerfassungsmodul (530) adaptiert werden, um ein Frequenzkorrektursignal entsprechend eines abgeschätzten Frequenzoffsets, der entsprechend einer Summe der differenzierten Produkte der verifizierten demodulierten empfangenen Zeichen abgeschätzt wurde, zu liefern. Das Frequenzerfassungsmodul (530) kann einen Frequenzoffsetabschätzer (531), einen Frequenzverifizierungsrechner (532), einen Komparator (533), einen Komparator (534) und einen Kontroller (535) enthalten.
Im Betrieb können die Antennen (501) und (502) beispielsweise die Pilotsignalmuster (50) und (60) auf 2 empfangen. Der Synchronisierer (104) und der Verifizierer (105) können die Pilotsignalmuster (50, 60) durch den Vergleich eines vergleichbaren Wertes einer Summe von differenziellen Produkten von mindestens einem demodulierten empfangenen Zeichen von mindestens einem Pilotsignalmuster (50, 60) mit einer adaptiven Schwelle (139), wie in Gleichung 4 gezeigt, synchronisieren und die Synchronisation verifizieren. Ein Beispiel der Funktion des gleichen oder ähnlichen Synchronisierers und Verifizierers wurde mit Bezug auf 3 und 4 oben detailliert beschrieben. Der Verifizierer (105) kann die Synchronisation der Zeichen des Pilotsignalmusters (50, 60) gleichzeitig mit einer Wiederholung der Frequenzerfassung durch das Frequenzerfassungsmodul (530) verifizieren.
Entsprechend dieser exemplarischen Ausführungsart der Erfindung kann der Flash-Speicher (520) zur Speicherung des Anwendungsprogramms des Kontrollers (535), des Verifizierers (105), und der Werte und Koeffizienten eingesetzt werden, die für die Berechnungen verwendet werden können.
Das Frequenzerfassungsmodul (530) kann die Summe der demodulierten empfangenen Zeichen und die demodulierten empfangenen Zeichen des Verifizierers (105) empfangen. Der Frequenzoffsetabschätzer (531) kann den Frequenzoffset entsprechend der Summe von differenziellen Produkten der demodulierten empfangenen Zeichen, die vom Verifizierer (105) empfangen werden, abschätzen und entsprechend dem abgeschätzten Frequenzoffset, den der Frequenzoffsetabschätzer (531) liefern kann, ein Korrektursignal (537) an den Kontroller (535) senden. Der Kontroller (535) kann die Steuerbefehlsleitung (538) der AFC (540) verwenden, um die Frequenz zu erhöhen oder zu senken. Außerdem kann der Kontroller (535) die Frequenzerfassung entsprechend einer Reihe von Regeln steuern.
Entsprechend dieser exemplarischen Ausführungsart kann das Frequenzerfassungsmodul (530) eine Abtastfrequenz von 15000 Hz verwenden und folglich Frequenzoffsets von bis zu ±7500 Hz unterstützen. Das Frequenzerfassungsmodul (530) kann in zwei Betriebsmodi aufgeteilt werden: einen Übergangsmodus und einen Stationärzustandsmodus. Im Übergangsmodus kann angenommen werden, dass der Frequenzoffset groß ist (einige kHz). Zudem kann im Stationärzustandsmodus angenommen werden, dass der Frequenzoffset klein ist (unter 1 kHz). Außerdem kann der Frequenzoffsetabschätzer (531) die Differenzmetrik der Gleichung 3 durchführen und wie unten in der Gleichung 5 gezeigt den abgeschätzten Frequenzoffset berechnen.
Gleichung 5
Dieser Wert kann als Korrektursignal (537) an die AFC (540) gesandt werden.
Wir verweisen auf 6, die ein Blockdiagramm des Frequenzoffsetabschätzers (531) im Stationärzustandsmodus entsprechend einer Ausführungsart der Erfindung zeigt. Der Frequenzoffsetabschätzer (531) kann einen Separator (610), Tiefpassfilter (LPF) (620) und (630), einen Berechner (640) der Metrik M₂ und einen Frequenzoffsetberechner (650) enthalten. Entsprechend dieser exemplarischen Ausführungsart der Erfindung kann der Separator (610) das Empfangssignal in zwei Empfangssequenzen in Bezug auf die zwei Pilotsignalmuster, die von der ersten und zweiten Sendeantenne gesendet wurden, trennen. Die Trennung erfolgt entsprechend den folgenden Gleichungen (Gleichung 6 und Gleichung 7):
Gleichung 6
Gleichung 7 i – ist der Zeichenindex innerhalb eines Frames und f₀ ist der restliche Frequenzoffset.
Die Indices i in Gleichung 6 und Gleichung 7 werden so gewählt, dass die Gleichung 8 erfüllt wird. sign(p2(2i)) = –sign(p2(2i + 1)). Gleichung 8
Entsprechend einiger exemplarischen Ausführungsarten der Erfindung kann eine Trennung erzielt werden falls |sin(nf₀T)| << 1 ist.
Die zwei getrennten Signale (612, 614) können LPF (620, 630) passieren, um die Rauschleistung zu reduzieren. Die LPF (620, 630) können beispielsweise als rekursive Filter (IIR) oder nicht rekursive Filter (FIR) ausgeführt sein. Die gefilterten Signale LpfOutput1 (622) und LpfOutput2 (624) am Ausgang des LPF (620) bzw. des LPF (630) können in den Berechner (640) der Metrik M₂ eingegeben werden. Der Berechner (640) der Metrik M₂ kann die Berechnung entsprechend der Gleichung 9 unten durchführen.
Gleichung 9
Entsprechend der Gleichung 9 kann der Frequenzoffsetrechner (650) seinen Ausgang wie in Gleichung 10 unten berechnen.
Gleichung 10
Wenden wir uns wieder 5 zu. Der Kontroller (535) kann den Ausgang des Frequenzoffsetabschätzers (531) empfangen. Außerdem kann der Kontroller (535) den Ausgang des Frequenzoffsetabschätzers (531) mit einem Faktor α multiplizieren und das Ergebnis der Multiplikation an die AFC (540) senden. Der Faktor α kann die Konvergenzgeschwindigkeit im Vergleich mit dem endgültigen Frequenzoffset abstimmen. In manchen exemplarischen Ausführungsarten der Erfindung können die ausgewählten Werte der Parameter N = 50 Zeichen und α = 0,5 sein.
Außerdem kann der Komparator (534) vom Frequenzoffsetabschätzer (531) den Realteil der Summe von differenziellen Produkten der demodulierten empfangenen Zeichen von der Metrik M₁ empfangen und den Realteil der Summe von differenziellen Produkten über eine oder mehrere Iterationen der Frequenzerfassung mit einem Verifizierungsschwellwert vergleichen. Dieser Prozess kann wiederholt werden, bis der Verifizierungsschwellwert überschritten wird.
Wenden wir uns der 7 zu, auf der ein Verfahren der Frequenzerfassung entsprechend einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung gezeigt wird. Dieses Verfahren kann vom Kontroller (535) angewandt werden. Entsprechend dem folgenden Verfahren kann der Kontroller (535) den Frequenzerfassungsprozess steuern. Einleitend wird in dem Verfahren die Anzahl der Iterationen der Frequenzerfassung auf Null gesetzt (Block 700). Der nächste Schritt kann die Berechnung des Frequenzkorrekturwertes (unter Verwendung von f₁ oder f₂ für den Übergangsmodus bzw. für den Stationärzustandsmodus) (Block 710) sein. Der Kontroller (535) kann den Frequenzkorrekturwert über die Steuerbefehlsleitung (538) (Block 720) an die AFC (540) senden. Der Frequenzverifizierungsrechner (532) kann die Frequenzverifikationsmetrik (Block 730) berechnen. Ein Beispiel einer solchen Metrik wird in Gleichung 12 gegeben. Die Frequenzverifizierungsmetrik kann eine gleitende Summe eines Realteils der demodulierten empfangenen Zeichen sein. Der Komparator (534) kann die Frequenzverifizierung beispielsweise durch den Vergleich der gleitenden Summe der Metrik M₃ mit dem Frequenzverifikations-Schwellwert (Block 740) ausführen. Entsprechend dieser exemplarischen Ausführungsart der Erfindung kann dieser Prozess mit der Gleichung 11 unten dargestellt werden.
Gleichung 11
Es ist zu beachten, dass der Realteil der differenziellen Metrik M₁ im Gegensatz zum absoluten Wert in der Gleichung 4 verwendet werden kann.
Die Frequenzverifizierungsmetrik kann in Gleichung 12 dargestellt werden:
Gleichung 12
In diesem Beispiel können die ausgewählten Parameterwerte N_RA = 3(Summe der letzten 4 Werte) und der Frequenzverifizierungs-Schwellwert FrequencyVerifierThreshold = 1,0 sein. Wenn das Kriterium der Gleichung 12 erfüllt ist, dann kann ein zweites Kriterium getestet werden (Block 750), bevor der Kontroller (535) einen Erfolg deklariert (Block 760). Das zweite Kriterium kann vorschreiben, dass der Frequenzoffset kleiner als der Konvergenzschwellwert ist. Der Komparator (533) kann den absoluten Wert des abgeschätzten Frequenzoffsetschwellwertes mit dem Konvergenzschwellwert vergleichen. Außerdem kann der Kontroller (535) die Frequenzerfassung wiederholen, bis der Frequenzoffset kleiner als der Konvergenzschwellwert wird. Falls jedoch obige Kriterien nicht erfüllt werden, kann ein drittes Kriterium getestet werden (Block 770). Hier kann der Kontroller (535) testen, ob die abgeschätzte Frequenzabweichung größer als ein Frequenzdivergenzschwellwert wird und ein Fehlersignal liefern, wenn das Kriterium nicht erfüllt wird (Block 795). Wenn obige Kriterien nicht erfüllt werden, kann der Kontroller (535) die Anzahl der Frequenzerfassungsiterationen zählen, indem der Zähler wie in Block 780 gezeigt um 1 erhöht wird. Der Kontroller (535) kann N_MAX Frequenzerfassungsiterationen erlauben, bevor er einen Fehler deklariert (Block 790). Der Kontroller (535) kann ein Erfolgssignal für den erfolgreichen Abschluss der Frequenzerfassung innerhalb einer vordefinierten Anzahl von Iterationen (760) oder ein Fehlersignal für einen Frequenzerfassungsfehler innerhalb einer neu definierten Anzahl von Iterationen (795) der Frequenzerfassung liefern.
Zur Vereinfachung erfolgte die obige Beschreibung für den Fall mit einer Basisstation mit zwei Antennen, wie beispielsweise Basisstation (20), und einer Mobilstation mit einer Antenne, wie beispielsweise Mobilstation (110). Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt und kann auf eine Basisstation und eine Mobilstation mit einer beliebigen Anzahl von Antennen angewandt werden.

Claims

Verfahren zum Verifizieren der Synchronisation eines Pilotsignalmusters (50), wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Berechnen einer Summe von differentiellen Produkten (133) über Paare aufeinanderfolgender demodulierter empfangener Zeichen (135); Anpassen einer adaptiven Schwelle (139) entsprechend einer Summe von Energien eines ersten und eines zweiten demodulierten empfangenen Zeichens (135); und Vergleichen eines vergleichbaren Werts der Summe von differentiellen Produkten (133) des ersten und zweiten demodulierten empfangenen Zeichens (135) mit der adaptiven Schwelle (139).
Verfahren nach Anspruch 1, des weiteren gekennzeichnet durch: Übertragen des Pilotsignalmusters (50) durch eine Sendeantenne (124); und Empfangen des Pilotsignalmusters (50) durch eine Empfangsantenne (102).
Verfahren nach Anspruch 2, des weiteren gekennzeichnet durch: Übertragen von zwei Pilotsignalmustern (50, 60) durch zwei Sendeantennen (24, 26); und Empfangen der beiden Pilotsignalmuster (50, 60) durch die Empfanbsantenne (102).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die differentiellen Produkte der übertragenen Pilotsignalmuster (50) an einem ersten Zeitindex und an einem zweiten darauffolgenden Zeitindex der demodulierten empfangenen Zeichen (135) durch im wesentlichen gleiche Werte für das Pilotsignalmuster (50) gekennzeichnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verifizieren der Synchronisation gekennzeichnet ist durch: Vergleichen eines Absolutwertes der Summe von differentiellen Produkten (133) des ersten und zweiten demodulierten empfangenen Zeichens mit der adaptiven Schwelle (139).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verifizieren der Synchronisation gekennzeichnet ist durch: Verifizieren der Synchronisation von zumindest zwei Zeichen des Pilotsignalmusters (50) während des Erfassens einer Frequenz (530).
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Erfassen der Frequenz gekennzeichnet ist durch: Abschätzen eines Frequenzoffsets (531) gemäß einer Summe von differentiellen Produkten (133) verifizierter demodulierter empfangener Zeichen, und Anpassen der Frequenz (530) gemäß dem abgeschätzten Frequenzoffset (531).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Erfassen der Frequenz gekennzeichnet ist durch: für eine oder mehrere Wiederholungen, Wiederholen des Erfassens der Frequenz (106) bis der Frequenzoffset kleiner wird als eine Konvergenzschwelle.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verfassen der Frequenz (106) gekennzeichnet ist durch: für eine oder mehrere Wiederholungen, Abbrechen des Erfassens der Frequenz, wenn ein abgeschätzter Frequenzfehler größer wird als eine Frequenzdivergenzschwelle.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Erfassen der Frequenz (106) gekennzeichnet ist durch: Vergleichen einer gleitenden Summe eines Realteils der Summen der differentiellen Produkte der demodulierten empfangenen Zeichen über eine oder mehrere Wiederholungen der Frequenzerfassung mit einer Metrik einer Verifizierungsschwelle; und Wiederholen des Erfassens der Frequenz bis die Schwelle überschritten ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassen der Frequenz (106) umfaßt: Vergleichen eines Realteils der Summen der differentiellen Produkte demodulierter empfangener Zeichen über zwei Wiederholungen einer Frequenzerfassung mit einer Metrik von Verifizierungsschwellwerten; und Wiederholen der Frequenzerfassung bis die Schwelle überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Erfassen der Frequenz (106) gekennzeichnet ist durch: Wiederholen der Frequenzerfassung bis der Frequenzoffset kleiner wird als eine Konvergenzschwelle.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Erfassen der Frequenz (106) gekennzeichnet ist durch: Abbrechen der Frequenzerfassung, wenn ein abgeschätzter Frequenzfehler größer wird als eine Frequenzdivergenzschwelle.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Erfassen der Frequenz (106) gekennzeichnet ist durch: Abschätzen eines Frequenzoffsets gemäß der Summe eines differentiellen Produkts (133) verifizierter demodulierter empfangener Zeichen; und Korrigieren der Frequenz gemäß einem abgeschätzten Frequenzoffset.
Empfänger (100) zur Synchronisation eines Pilotsignalmusters (50, 60) mit einem Synchronisierer (104), einem Verifizierer (105) und einem Frequenzerfassungsmodul, wobei der Verifizierer (105) umfaßt: – einen Berechner (133) der Summe von differentiellen Produkten zur Berechnung einer Summe von differentiellen Produkten über Paare aufeinanderfolgender demodulierter empfangener Zeichen, wobei die differentiellen Produkte eines übertragenen Pilotsignals bei einem ersten Zeitindex und bei einem nachfolgenden Zeitindex demodulierter empfangener Symbole im wesentlichen gleiche Werte für das Pilotsignalmuster (50) umfassen; – einen Energieakkumulator (136) zum Einstellen einer adaptiven Schwelle gemäß der Summe von Energien der demodulierten empfangenen Zeichen; und – einen Komparator (132) zum Vergleichen der Summe von differentiellen Produkten der zumindest zwei demodulierten Zeichen des Pilotsignalmusters (50) mit der adaptiven Schwelle (139).
Empfänger (105) gemäß Anspruch 15, wobei der Verifizierer (105) umfaßt: eine vergleichbare Funktion (134) zum Vergleichen eines Absolutwerts der Summe von differentiellen Produkten demodulierter empfangener Zeichen (135) mit der adaptiven Schwelle (139).
Empfänger (100) nach Anspruch 15, wobei das Frequenzerfassungsmodul (106; 530) einen Frequenzoffsetabschätzer (531) umfaßt, um eine Offsetfrequenz gemäß einer ersten differentiellen Metrik bei einem Übergangsmodus und zum Abschätzen der Offsetfrequenz gemäß einer zweiten differentiellen Metrik bei einem Stationärzustandsmodus abzuschätzen.
Empfänger (106) nach Anspruch 17, wobei das Frequenzerfassungsmodul umfaßt: einen Frequenzverifizierungsrechner (532) zur Berechnung einer gleitenden Summe von Realteilen demodulierter empfangener Zeichen; und einen Kontroller (553) zur Ausgabe des Frequenzkorrektursignals (537) gemäß dem abgeschätzten Frequenzoffset.
Empfänger (106) gemäß Anspruch 18, wobei das Frequenzerfassungsmodul des weiteren umfaßt: einen Frequenzkomparator (533) zum Vergleichen des abgeschätzten Frequenzoffsets mit einer Konvergenzschwelle, und wobei der Kontroller (535) dazu angepaßt ist, eine Frequenzerfassung zu wiederholen, bis der Frequenzoffset kleiner wird als die Konvergenzschwelle; einen zweiten Komparator (534) zum Vergleichen der gleitenden Summe von Realteilen demodulierter empfangener Symbole mit einer Frequenzverifizierungsschwelle; und wobei der Kontroller dazu angepaßt ist, die Frequenzerfassung zu wiederholen, bis die gleitende Summe die Frequenzverifizierungsschwelle übersteigt.