DE60222849T2

DE60222849T2 - Taktsynchronisierung für auf OFDM basierte drahtlose Netzwerke

Info

Publication number: DE60222849T2
Application number: DE60222849T
Authority: DE
Inventors: Charles Leonia You; Henry Warren Horng; Jin-Yun New Providence Zhang
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: EP1313283A3; EP1313283A2; US7039000B2; DE60222849D1; JP2003224537A; US20030112743A1; EP1313283B1; JP4159030B2

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen die Zeitsteuerungs-Synchronisation von übertragenen Signalen und spezieller das Detektieren und Korrelieren von Trainingssymbolen in drahtlosen Netzen der OFDM Technik.
Hintergrund der Erfindung
Das orthogonale Frequenzmultiplex-Verfahren (OFDM) ist ein Signalmodulationsverfahren, bei dem ein Sender ein Signal teilt und dann das geteilte Signal über mehrere Zwischenträger sendet. Die Zwischenträger sind auf einer Frequenzachse einer Basisband-Frequenz in regelmäßigen Intervallen örtlich festgelegt. Bei Kommunikation mit OFDM wird, im Gegensatz zu konventionellen seriellen Übertragungsverfahren, das zu sendende Signal in N Ströme geteilt, und anschließend werden die N Ströme, jeder auf einer getrennten Trägerfrequenz, parallel gesendet. OFDM-Verfahren senden das Signal mit einer hohen Datenrate zuverlässig und effizient.
Die Zwischenträger werden „orthogonal" gemacht, indem der Abstand der Frequenzen in dem Basisfrequenzband geeignet ausgewählt wird. Deshalb wird spektrales Überlappen unter den Zwischenträgern zugelassen, weil die Orthogonalität gewährleistet, dass der Empfänger die OFDM Zwischenträger trennen kann. Mit OFDM wird eine spektrale Wirksamkeit erreicht, die besser ist als durch Nutzung des einfachen Frequenzmultiplex-Verfahrens. OFDM ist im Vergleich zu einem einzelnen Träger stabiler gegen Datenverlust aufgrund von Mehrwegeschwund, weil OFDM die Symbolperiode für die gleiche vereinigte Datenrate erhöht.
Außerdem kann Intersymbol-Interferenz (ISI) in Übertragungen mit OFDM verhindert werden, indem vor jedem übertragenen Informationsblock ein Sicherheitsintervall eingesetzt wird. Darüber hinaus ist OFDM stabil gegen frequenzselektiven Schwund. Somit wird OFDM von vielen Standards einschließlich des digitalen Hör- und Fernsehfunks (DAB, DVB) und in Modems für digitale Teilnehmeranschlussleitungen (DSL) hoher Geschwindigkeit über eine verdrillte Doppelleitung genutzt. OFDM kann außerdem in drahtlosen lokalen Computernetzen (WLAN) und Funkverkehrsnetzen festgelegter Bänder verwendet werden.
Bei OFDM ist jedoch die Synchronisation von Zeitsteuerung und Frequenz schwierig. Es ist problematisch, Symbole zwischen dem Sender und dem Empfänger exakt zu synchronisieren. Das Synchronisieren der Zeitsteuerung erfordert, dass der Anfang jedes OFDM Symbols innerhalb jedes Datenblocks festgelegt wird. Erst wenn die genaue Zeitsteuerung bekannt ist, kann der Empfänger keine zyklischen vorgesetzten Kennungen im Fall genauer Zeitsteuerung entfernen und einzelne Symbole korrekt trennen, bevor die schnellen Fourier-Transformationen (FFT) zum Demodulieren des Signals ausgeführt werden.
Im Stand der Technik ist eine Anzahl von Lösungen zur Synchronisation von Zeitsteuerung bekannt. Bei einem Verfahren wird Synchronisation dadurch erreicht, dass eine Anzahl von Leitsymbolen in spezifischen Zwischenträgern genutzt wird. Die Leistungsfähigkeit dieser Synchronisation ist jedoch von der Anzahl der Pilotzwischenträger abhängig, und folglich ist der Informationsdurchsatz reduziert, siehe W. Warner und C. Leung, „OFDM/FM Frame Synchronization for Mobile Radio Data Communication" („OFDM/FM Rahmensynchronisation für Mobilfunk-Datenübertragung"), IEEE Trans. Veh. Technol., Bd. 42, S. 302–313, August 1993.
Ein anderes Verfahren nutzt eine Verbindungsmethode zum Herausfinden der korrekten Symbol-Zeitsteuerung und zum Korrigieren der Trägerfrequenzverschiebung durch Verwendung einer Korrelation mit einer zyklischen vorgesetzten Kennung. Jedoch kann das Sicherheitsintervall durch ISI (Intersymbol-Interferenz) infolge von Mehrfachübertragung in einem Mobilfunkkanal leicht verfälscht werden. Dieses Verfahren erfordert außerdem eine lange Zeit zum Synchronisieren, weil es die korrelierten Ausgangssignale vieler OFDM Symbole mittelt, bis eine zufrieden stellende Synchronisation erreicht ist, siehe J. van de Beek, M. Sandell, P.O. Börjesson, „ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems" („Maximum-Likelihood-Bestimmung von Zeit- und Frequenzverschiebung in Systemen mit OFDM-Technik"), IEEE Trans. Signal Processing, Bd. 45, S. 1800–1805, Juli 1997.
In einem noch anderen Verfahren werden zwei OFDM Trainingssymbole zur Zeitsteuerungs- und Frequenzsynchronisation genutzt. Dort umfasst jedes Trainingssymbol zwei Teile im Zeitbereich, d. h. die zwei Teile von jedem Trainingssymbol werden in zeitlicher Reihenfolge identisch gemacht durch Übertragen einer rauschähnlichen (PN) Folge auf geradzahlige Frequenzen, während Nullfolgen auf ungeraden Frequenzen genutzt werden. Dieses Verfahren ist jedoch nicht geeignet für WLAN-Standards, die auf OFDM basieren wie beispielsweise IEEE 802.11, weil dieser Standard eine andere Trainingsfolge definiert, siehe T.M. Schmidl and D.C. Cox, „Robust frequency and timing synchronization for OFDM" („Stabile Frequenz- und Zeitsteuerungssynchronisation für OFDM"), „IEEE Trans. Commun., Bd. 4–51, S. 1613–1621, Dez. 1997.
US-A-5 373 536 offenbart ein Verfahren zum Synchronisieren zu einem Signal, welches zuerst das Ausführen einer groben Synchronisation und anschließend einer feinen Synchronisation zu einem Synchronisationswort umfasst. Die Feinsynchronisation umfasst das Vergleichen eines gespeicherten Abschnitts des Synchronisationswortes mit einem empfangenen Abschnitt. Durch Einstellen der Zeitsteuerung und anschließendes Ausführen von zusätzlichen Korrelationen kann die Zeitsteuerung für die beste Korrelation erzielt werden. Der Bittakt wird dann so eingestellt, dass aufeinander folgende Datenabtastwerte so nah wie möglich zu dem Bitzentrum bezogen werden können.
Schließlich wird in WO 00/77961 A1 ein Frequenz- und Symbol-Zeitsteuerungs-Synchronisationsverfahren zur Erzielung von Frequenzsynchronisation und Symbol-Zeitsteuerungs-Synchronisation eines Signals im orthogonalen Frequenzmultiplex-Verfahren (OFDM) beschrieben, das die Schritte umfasst: Organisieren eines Synchronisationssymbols mit zumindest drei identischen synchronen Signalen; Empfangen eines Signals einschließlich des Synchronisationssymbols; Verzögern des empfangenen Signals um eine vorgegebene Verzögerungsgröße; Durchführen von Autokorrelation zwischen dem empfangenen und dem verzögerten Signal; Normieren eines autokorrelierten Wertes und Detektieren eines Profils, bei dem der normierte autokorrelierte Wert größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, als ein flaches Profil; Abschätzen einer Frequenzverschiebung innerhalb des flachen Profils, um einen Frequenzverschiebungswert zu erhalten; Kompensieren der Frequenzverschiebung des empfangenen Signals unter Verwendung des Frequenzverschiebungswertes; und Durchführen einer Symbol-Zeitsteuerungs-Synchronisation unter Verwendung eines mit Frequenzverschiebung kompensierten Signals und eines Bezugssignals.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Synchronisieren eines OFDM Signals in einem drahtlosen lokalen Netz in einer Weise, die kompatibel mit bestehenden Standards ist.
Abriss der Erfindung
Diese erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein die Merkmale von Anspruch 1 umfassendes Verfahren gelöst. Bevorzugte Ausführungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen definiert.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung synchronisiert die Zeitsteuerung von OFDM Signalen. Als Vorteil kann das Verfahren auf normale drahtlose lokale Netze (WLAN) mit OFDM und spezieller auf ein beliebiges OFDM System mit einer sich wiederholenden Struktur von OFDM Trainingssymbolen angewandt werden. Ein auf OFDM basierendes WLAN nutzt mehrere kurze Trainingssymbole. Wenn aufeinander folgende kurze Trainingssymbole korreliert werden, dann kann in dem Ausgangssignal ein flaches Plateau in der Nähe eines Falles genauer Zeitsteuerung beobachtet werden. Ein Fall exakter Zeitsteuerung wird jedoch nicht deutlich, weil das Plateau nicht scharf abfällt, wobei das Plateau mehrere Spitzen enthalten kann.
Deshalb werden beim erfindungsgemäßen Verfahren die Anfangs- und Endabschnitte in einer Sequenz von Trainingssymbolen korreliert. Nachdem die Abschnitte korreliert sind, kann ein charakteristischer Spitzenwert zum genauen Einstellen der Zeitsteuerung detektiert werden.
Spezieller wird die Zeitsteuerung in einem Empfänger zu einem Signal im orthogonalen Frequenzmultiplex-Verfahren (OFDM) synchronisiert. Das OFDM Signal enthält mehrere Trainingssymbole einschließlich langer und kurzer Trainingssymbole.
Die erste Hälfte der Trainingssymbole wird mit der zweiten Hälfte korreliert, um einen Grobindex festzulegen, der zum Einstellen des nicht synchronisierten OFDM verwendet wird.
Anschließend wird in dem grob eingestellten OFDM Signal das erste Trainingssymbol mit dem letzten Trainingssymbol korreliert, um einen Feinindex zum Einstellen des grob eingestellten OFDM Signals festzulegen, so dass der Empfänger mit dem übertragenen OFDM Signal synchronisiert ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist das Blockdiagramm eines Systems mit OFDM-Technik, das die Erfindung nutzt;
2 ist das Zeitsteuerungsdiagramm eines durch die Erfindung verwendeten OFDM Signals;
3 ist das Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Synchronisationsverfahrens mit OFDM-Technik;
4 ist das Blockdiagramm eines OFDM Signaldetektors und der groben Zeitsteuerungs-Synchronisation gemäß der Erfindung;
5 ist ein Blockdiagramm der Abtastratenerhöhung und der feinen Zeitsteuerungs-Synchronisation gemäß der Erfindung; und
6 ist ein Zeitsteuerungs-Diagramm von korrelierten Trainingssymbolen.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführung
Modell eines OFDM Systems
1 zeigt ein zeitdiskretes OFDM System 100 mit Basisband, das die Erfindung nutzen kann. Ein Sender 10 moduliert Eingangssymbole χ_k 101, die von einer Signalkonstellation wie PSK (Phasenumtastung), QAM (Quadraturamplitudenmodulation) gewonnen werden, auf N Zwischenträger-Frequenzen S_N 102 durch eine inverse diskrete Fourier-Transformierte (IDFT) 110. Die letzten L Symbole 103 werden kopiert und als ein Sicherheitsintervall oder zyklische vorgesetzte Kennung 104 gesetzt, um das OFDM Symbol s_k 105 zu bilden. Das Einsetzen der zyklischen vorgesetzten Kennung 104 verhindert Intersymbol-Interferenz (ISI) und erhält die Orthogonalität zwischen den Frequenzen der Zwischenträger. Nach einer Parallel-Seriell-Umsetzung 120 werden die OFDM Symbole über einen zeitdiskreten Kanal 125 übertragen. Typischerweise ist die Impulsantwort des Kanals 120 kürzer als L Abtastwerte.
In einem Empfänger 20 werden Signaldaten r_k 106 empfangen, und es wird die zyklische vorgesetzte Kennung 104 entfernt. Nach Parallel-Seriell-Umsetzung 130 mit einer diskreten Fourier-Transformierten (DFT) 140 wird das Signal zu empfangenen Symbolen y_k 107 demoduliert. Das führt zu einer einfachen Eingangssignal-Ausgangssignal-Relation: yk = hkχk + nk, k = 0,..., N – 1,in der h_k die (Nachbar-)Kanaldämpfung am k. ten Zwischenträger und n_k Rauschen ist. Es wird angenommen, dass der Kanal 125 nichtdispersiv ist, und dass das übertragene Signal s(k) 105 nur durch komplexes additives weißes Gaußsches Rauschen (AWGN) n(k) bewirkt wird, d. h. h_k = ∀k ∊ {0,..., N – 1}. Die unbekannte Laufzeit der OFDM Symbole kann als eine Verzögerung in der Kanalimpulsantwort, δ(k – d), modelliert werden, wobei d die unbekannte Laufzeit eines Symbols in einer Anzahl von Abtastwerten ist.
Die Verschiebung der Trägerfrequenz, die der Fehlanpassung zwischen den Oszillatoren in dem Sender 10 und dem Empfänger 20 zuzuschreiben ist, verursacht eine Verschiebung im Frequenzbereich. Diese Verschiebung der Trägerfrequenz kann als eine komplexe multiplikative Verzerrung des empfangenen Datensignals 106 im Zeitbereich e^j2πεk/N modelliert werden, wobei ε eine Differenz in den Sender- und Empfängeroszillatoren als einen Bruchteil des Zwischenträgerabstandes bezeichnet. Hier sind die empfangenen Daten 106 r(k) = s(k – d)ej2πεk/N + n(k).
Die übertragene OFDM Basisband-Signalfolge ist dann durch eine komplexe N-Punkt Modulationssequenz gegeben
Diese Sequenz enthält die mit 2K + 1 Modulationswerten {X_k} modulierten komplexen Sinusgrößen 2K + 1. Am Empfänger 20 wird die N-Punkt Sequenz durch Verwendung der diskreten Fourier-Transformierten (DFT)
demoduliert, um die Eingangssequenz {X₀, X₁,..., X_K, 0, 0,... 0, X_–K,..., X_–2, X_–1} 101 zurück zu gewinnen.
Struktur von auf OFDM basierenden WLAN Trainingssymbolen
Ein Standard für ein auf OFDM basierendes WLAN System ist in „Richtlinien zu medienspezifischem Zugangsprotokoll (MAC) für drahtloses LAN und Bitübertragungsschicht (PHY): Schnelle Bitübertragungsschicht für das 5-GHz-Band", IEEE Standard 802.11a, S. 3–24, Sept. 1999, benannt. Die für die vorliegende Erfindung relevanten Teile werden nachstehend beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist, wird ein Präambel-Feld 200 des Bitübertragungsschicht-Konvergenzverfahrens (PLCP) zur Synchronisation verwendet. Das Präambel-Feld 200 umfasst ein Feld 201 von zehn kurzen Trainingssymbolen und ein Feld 202 von zwei langen Trainingssymbolen. Dem PLCP-Präambel-Feld 200 folgt ein Signalfeld 203 und mehrere Datenfelder 204. Die gesamte Länge des Präambel-Feldes 200 beträgt 16 μs. Die vertikalen gestrichelten Grenzlinien in 2 bezeichnen Wiederholungen, die der Periodizität der inversen diskreten Fourier-Transformation 140 (IDFT) zuzuschreiben sind.
Ein kurzes OFDM Trainingssymbol wird im Multiplexverfahren über zwölf Zwischenträger übertragen, die durch die Elemente einer Sequenz S moduliert sind: S-26, 26 = √(13/6)·{0, 0, 1 + j, 0, 0, 0, –1 – j, 0, 0, 0, 1 + j, 0, 0, 0, –1 – j, 0, 0, 0, –1 – j, 0, 0, 0, 1 + j, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, –1 – j, 0, 0, 0, –1 – j, 0, 0, 0, 1 + j, 0, 0, 0, 1 + j, 0, 0, 0, 1 + j, 0, 0, 0, 1 + j, 0, 0}. (3)
Die Multiplikation mit dem Faktor √(13/6) normiert die durchschnittliche Leistung des resultierenden OFDM Symbols. Das kurze Trainingssymbol wird entsprechend:
generiert.
Die Tatsache, dass nur Spektrallinien von S-26, 26 mit Indexziffern, die ein Vielfaches von Vier sind, von Null abweichende Amplituden aufweisen, führt zu einer Periodizität von TFFT/4 = 0,8 μs. Das Intervall T_KURZ entspricht zehn Perioden von 0,8 μs, d. h. einer Summe von 8 μs.
Ein langes OFDM Trainingssymbol wird im Multiplexverfahren über 53 Zwischenträger, die modulierte Elemente einer Sequenz L sind, einschließlich eines Nullwertes bei Datenübermittlung übertragen: L-26, 26 = {1, 1, –1, –1, 1, 1, –1, 1, –1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, –1, –1, 1, 1, –1, 1, –1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, –1, –1, 1, 1, –1, 1, –1, 1, –1, –1, –1, –1, –1, 1, 1, –1, –1, 1, –1, 1, –1, 1, 1}. (4)
Das lange OFDM Trainingssymbol wird entsprechend:
generiert, wobei T_G12 = 1,6 μs ist.
Zur verbesserten Genauigkeit der Kanalabschätzung werden zwei Perioden der langen Sequenz gesendet, was ein Zeitintervall von TLONG = 1,6 + 2·3,2 = 8 μsergibt.
Die kurzen Trainingssymbole und die langen Trainingssymbole werden verkettet, um das Präambel-Feld 200 zu bilden: rPREAMBEL(t) = rSHORT(t) + rLONG(t – TSHORT).
Zeitsteuerungs-Synchronisation
Obwohl das erfindungsgemäße Synchronisationsverfahren mit Bezug auf den Standard eines auf OFDM basierenden drahtlosen lokalen Netzes beschrieben ist, soll verständlich werden, dass das Verfahren auch auf eine beliebige Präambel-Struktur mit wiederholten Trainingssymbolen angewandt werden kann.
Um Symbol-Zeitsteuerung abzuschätzen, so dass der Empfänger 20 synchronisiert werden kann, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zuerst das Vorhandensein des übertragenen OFDM Signals detektiert und anschließend der Beginn des Präambel-Feldes 200 abgeschätzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren verwertet auch die Zeitbereich-Symmetrieeigenschaften von Beginn und Ende der Trainingssymbole, um die korrekte Symbol-Zeitsteuerung durch einen Korrelationsprozess genauer zu schätzen. Speziell ist das normierte korrelierte Ausgangssignal aufgrund der gleichen Zeitbereich-Symmetrie der kurzen Trainingssymbole bei der genauen Zeitsteuerung größer als bei einer ungenauen Zeitsteuerung. Folglich bildet das korrelierte Ausgangssignal bei der genauen Zeitsteuerung ein Maximum 600, siehe 6. 6 zeigt das normierte korrelierte Ausgangssignal als Funktion von Symbolzeit. Wie es nachstehend beschrieben ist, wird eine Detektion des Maximums aufgerufen, wenn das korrelierte Ausgangssignal einen Schwellenwert 601 überschreitet.
Detektions- und Synchronisationsverfahren für OFDM Signale
3 stellt ein Zeitsteuerungs-Synchronisationsverfahren 300 gemäß der Erfindung dar. Die Eingangsgröße für das Verfahren 300 ist ein empfangenes analoges OFDM Signal 301. Nach einer Analog-Digital-Wandlung 310 geht das Synchronisationsverfahren in zwei Stufen, einer Grobstufe I 400 und einer Feinstufe II 500, vonstatten. Nach jeder Stufe wird die Zeitsteuerung des Empfängers eingestellt (grob im Schritt 320 und fein im Schritt 330). Nach Synchronisation der Zeitsteuerung kann eine Synchronisation 340 der Frequenz durchgeführt werden, so dass eine Demodulation des synchronisierten Signals 309 beginnen kann.
Noch näher, das empfangene OFDM Signal 301 wird zuerst durch einen A/D-Wandler 310 geleitet. Der A/D-Wandler erzeugt zum Beispiel digitale Abtastwerte mit 20 MHz, d. h. sechzehn Abtastwerte für jedes kurze Trainingssymbol. Das digitale Signal r_k 302 wird zu einem durch ein Startstufen I-Signal 401 ausgelösten OFDM Signaldetektor 400 geleitet. Der Ausgang von Stufe I 400 ist ein Grobindex-Signal 408, das verwendet wird, um eine grobe Einstellung I 320 der Zeitsteuerung an dem nicht synchronisierten Signal 302 vorzunehmen.
Das grob synchronisierte Signal 302' wird zur Verarbeitung in Stufe II weitergegeben. In Stufe II 500 wird, ausgelöst durch ein Startstufen II-Signal 409, Feinsynchronisation 500 der Zeitsteuerung durchgeführt. Der Ausgang von Stufe II 500 ist ein Feinindex-Signal 508, das verwendet wird, um an dem grob synchronisierten Signal 302' eine Feineinstellung II 330 der Zeitsteuerung vorzunehmen. Das Signal 509 startet bei Beendigung von Stufe II 500 eine Frequenz-Synchronisation 340 mit Beseitigung der Regelabweichung. Das in Zeit und Frequenz synchronisierte Signal 309 kann jetzt demoduliert werden.
Signalerfassung und Grobsynchronisation der Zeitsteuerung
4 zeigt die Einzelheiten von Stufe I 400 ausführlicher. Die komplexen Werte r_k = i_k + q_k 302 stellen die digitalisierten Abtastwerte des empfangenen analogen OFDM Signals 301 dar, wobei N, z. B. sechzehn, die Anzahl von komplexen Abtastwerten in einem, wie oben beschriebenen, kurzen OFDM Trainingssymbol ist. In 4 werden die von dem A/D-Wandler 310 empfangenen 302 Komplexwerte-Abtastwerte durch den Vorzeichendetektor 410 in zwei Vorzeichenbits, z. B. entweder Plus oder Minus, umgewandelt.
Der Vorzeichendetektor 410 wählt das Vorzeichen von Inphase- und Quadraturkomponenten der Abtastwerte 302 aus und wandelt diese Abtastwerte entweder in Plus oder Minus um. Die empfangenen Abtastwerte c_k werden außerdem in Datenpuffern 421, 422 gespeichert. Die Datenpuffer 421–422 werden mit Nullen initialisiert. Die Puffer sind als Schieberegister mit Abtastwerten angeordnet, die von links reinkommen und nach rechts von dem ersten Puffer zum zweiten Puffer verschoben und anschließend gelöscht werden. Schließlich speichert der erste Datenpuffer 421 die Abtastwerte der ersten Hälfte (fünf) des Feldes 201 kurzer Trainingssymbole, und der zweite Datenpuffer 422 speichert die Abtastwerte der zweiten Hälfte.
Es werden nur Vorzeichenbits der Inphase- und Quadraturkomponenten verwendet, um die Komplexität der Berechnung für die OFDM Signalerfassung und Grobbestimmung der Zeitsteuerung zu reduzieren. So kann der Vorzeichendetektor 410 wie folgt beschrieben werden: ck = Q[r(k)], k = 1,..., N (5) Q[χ] = sign(Re{χ}) + jsign(Im{χ}) (6)
wobei Re der Realteil und Im der Imaginärteil von jedem Abtastwert ist.
Weil das Signal C_k ein komplexer Bitstream ist, kann der Abtastwert c_k nur einen von vier unterschiedlichen Differenzwerten in einer Menge {1 + j, –1 + j, –1 – j, 1 – j} annehmen. (8)
Das Signal c_k kann somit durch zwei Vorzeichenbits, ein Vorzeichenbit für den Realteil (Re) und ein Vorzeichenbit für den Imaginärteil (Im), dargestellt werden.
Ein erster Korrelator 430 legt einen ersten Korrelationswert 431 fest,
wobei m der erste Abtastwert in dem Datenpuffer ist; N_short half die Anzahl von Abtastwerten ist, die einer Hälfte des gesamten Datenblocks 201 kurzer Trainingssymbole entsprechen; und N_short die Anzahl von Abtastwerten in dem gesamten Datenblock 201 kurzer Trainingssymbole ist. Wenn zum Beispiel jedes kurze Trainingssymbol sechzehn Mal abgetastet wird, dann beträgt die Länge des gesamten Datenblocks kurzer Trainingssymbole N_short 160 Abtastwerte. Der Korrelator 430 berechnet den ersten korrelierten Wert 431 als eine Summe von Vektorprodukten der gespeicherten Vorzeichenbits des ersten und des zweiten Datenpuffers.
Der in einem Bereich [0, 1] normierte erste Korrelationswert d(m) 431 wird in einem Schwellenwert-Detektor 440 gegen einen vorbestimmten Schwellenwert T 601, z. B. 0,4, geprüft, um zu bestimmen, wann der erste Korrelationswert d(m) den Schwellenwert 601 überschreitet, indem die Bedingung geprüft wird: d(m) > T.
Wenn der Korrelationswert d(m) 431 den Schwellenwert T 601 überschreitet, wird der Spitzenwert-Detektor 450 aufgerufen. Der Spitzenwert-Detektor 450 findet einen höchstzulässigen korrelierten Wert auf, zum Beispiel innerhalb eines Fensters von zweiunddreißig Abtastwerten (zwei Symbolbreiten im Takt), entsprechend der Gleichung:
Dies ergibt eine geringe komplexe Abschätzung der Zeitsteuerungsposition, das heißt des Grobindexes 408. Somit detektiert der OFDM Signaldetektor 400 gleichzeitig die Symbole der ankommenden Trainingssequenz 200 und erzeugt den Grobindex 408.
Abtastratenerhöhung und Feinsynchronisation der Zeitsteuerung
Wie in 5 gezeigt ist, wird die Feinsynchronisation der Zeitsteuerung in Stufe II 500 durchgeführt, indem ein Upsampler/Interpolator 510, zwei Datenpuffer 523–524, ein zweiter Korrelator 530 und ein zweiter Spitzenwert-Detektor 540 verwendet wird. Abtastratenerhöhung und digitales Interpolationsfiltern 510 stellt für die Datenpuffer 523–524 zusätzliche Abtastwerte hoher Auflösung bereit, womit die Auflösung der Korrelation um einen Faktor von Vier erhöht ist. Es kann ein Tiefpassfilter ohne Signalrückführung (FIR) genutzt werden, um interpolierte Abtastwerte mit einer Rate, die viermal höher als die ursprüngliche Abtastrate ist, zur Verfügung zu stellen.
Der Wert m ist ein dem ersten interpolierten Abtastwert im Datenpuffer 523 entsprechender Zeitindex, und der Wert N ist die Anzahl von interpolierten Abtastwerten in einem kurzen Trainingssymbol. Eine Konjugierte ȓ_k ^* von zeitlich eingestellten Abtastwerten des ersten kurzen OFDM Trainingssymbols wird in dem dritten Datenpuffer 523 gespeichert. Die interpolierten Abtastwerte des letzten kurzen OFDM Trainingssymbols ȓ * / k+9N werden in dem vierten Datenpuffer 524 gespeichert.
Um die korrekte Zeitsteuerung für Datenblöcke/Symbole des OFDM Signals zu bewerten, werden die interpolierten Abtastwerte von dem ersten Datenpuffer und dem zweiten Datenpuffer genutzt, um einen zweiten Korrelationsausgang 531 zu berechnen, indem das Vektorprodukt verwendet wird:
Es ist anzumerken, dass in Stufe II nur Komponenten des ersten und letzten kurzen Trainingssymbols korreliert werden, um den Feinindex 508 zu erhalten. Im Fall eines niedrigen Signal-Rausch-Verhältnisses kann die Größe des ersten und des letzten Abschnitts von kurzen Trainingssymbolen erhöht werden. Zum Beispiel können für die Feinkorrelation die ersten zwei und die letzten zwei kurzen Trainingssymbole genutzt werden, anstatt nur die ersten und letzten kurzen Trainingssymbole zu verwenden. Eine beste Abschätzung für die Symbol-Zeitsteuerung wird erzielt, wenn der Zeitsteuerungsindex m den korrelierten Ausgang Λ(m) maximiert. Schließlich bestimmt der zweite Spitzenwert-Detektor 540 den Spitzenwert, wie oben beschrieben und erzeugt den Feinindex 508 der Zeitsteuerung, m ^_fine, für die Feineinstellung der Zeitsteuerung 330 von 3, indem:
verwendet wird, wobei an diesem Punkt eine Beseitigung der Regelabweichung 340 der Trägerfrequenz beginnen kann, der sich eine Demodulation anschließt.

Claims

Verfahren zum Synchronisieren des Taktes in einem Empfänger (20) für ein Orthogonalfrequenzteilungs-Mmultiplex, OFDM, -Signal, das über einen Kanal (125) übertragen wurde, welches OFDM-Signal mehrere wiederholte Trainingssymbole (201, 202) enthält, gekennzeichnet durch die Schritte: grobes Korrelieren der ersten Hälfte der mehreren Trainingssymbole mit der zweiten Hälfte der mehreren Trainingssymbole in einem nichtsynchronisierten OFDM-Signal, um einen Grobindex zu bestimmen; grobes Einstellen des nichtsynchronisierten OFDM-Signals mit dem Grobindex; feines Korrelieren des ersten der mehreren Trainingssymbole mit dem letzten der mehreren Trainingssymbole in dem grob eingestellten OFDM-Signal, um einen Feinindex zu bestimmen; und Feineinstellen des grob eingestellten OFDM-Signals mit dem Feinindex, um den Takt des Empfängers (20) zu synchronisieren.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin aufweist: Umwandeln jeweils der ersten und der zweiten Hälfte der mehreren Trainingssymbole in mehrere entsprechende Abtastwerte (302); Nehmen des Vorzeichens der gleichphasigen und der Quadratur-Komponente der Abtastwerte (302) und Umwandeln der Abtastwerte (302) als Vorzei chenbits in entweder Plus oder Minus; Speichern der Abtastwerte der ersten Hälfte in einem ersten Puffer (421) und Speichern der Abtastwerte der zweiten Hälfte in einem zweiten Puffer (422); Berechnen eines ersten korrelierten Wertes als eine Summe von Vektorprodukten der Vorzeichenbits des ersten (421) und des zweiten (422) Puffers; Erfassen einer Spitze des ersten korrelierten Wertes, um den Grobindex zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem c_k, das durch zwei Vorzeichenbits jedes Abtastwerts dargestellt ist, einen von vier unterschiedlichen Werten in einem Satz (1 + j, –1 + j, –1 – j, 1 – j) annimmt, wobei ein Vorzeichenbit für den reellen Teil, Re, ist und ein Vorzeichenbit für den imaginären Teil, Im, ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der erste korrelierte Wert d(m) gleich
ist, worin m ein erster Abtastwert in dem ersten Datenpuffer (421) ist, N_{short_half} die Hälfte der gesamten Anzahl von in dem ersten (421) und dem zweiten (422) Datenpuffer gespeicherten Abtastwerten ist und N_short die gesamte Anzahl von in dem ersten (421) und in dem zweiten (422) Datenpuffer gespeicherten Abtastwerten ist; c_i = {± 1 ± j}.
Verfahren nach Anspruch 2, welches weiterhin aufweist: Normieren des ersten korrelierten Wertes auf einen Bereich [0, 1]; und Erfassen der Spitze des ersten korrelierten Wertes, wenn der erste korrelierte Wert einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin aufweist: Erhöhen der Abtastung des ersten und des letzten Trainingssymbols in einen entsprechenden ersten und zweiten interpolierten Abtastwert; Speichern der ersten interpolierten Abtastwerte des ersten Trainingssymbols in einem dritten Puffer (523) und Speichern der zweiten interpolierten Abtastwerte des letzten Trainingssymbols in einem vierten Puffer (524); Berechnen eines zweiten korrelierten Wertes als eine Summe von Vektorprodukten des dritten (523) und des vierten (524) Puffers; und Erfassen einer Spitze des zweiten korrelierten Wertes, um den Feinindex zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Erhöhung der Abtastung mit einem Tiefpassfilter (510) mit begrenztem Ansprechen auf einen Impuls durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Erhöhung der Abtastung um einen Faktor vier stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der zweite korrelierte Wert gleich
ist, worin N die Anzahl von Trainingssymbolen ist, m das erste Trainingssymbol ist, ȓ_m+i interpolierte Abtastwerte des ersten Trainingssymbols sind, und ȓ*_m+i+9N konjugierte Werte von interpolierten Abtastwerten des letzten Trainingssymbols sind.