FI111582B - Menetelmä ja piirijärjestely matkaviestimen sisäisten ajatusvirheiden kompensoimiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä ja piirijärjestely matkaviestimen sisäisten ajastusvirheiden kompen soimiseksi - Förfarande och kretsanordning för kompensering av inre tidanpass- ningsfel i en mobilstation 111582 5

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä ajastusvirheiden kompensoimiseksi matkaviestimessä, erityisesti digitaalisessa matkaviestimessä.

10 Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 7 johdanto-osan mukainen piiri-järjestely ajastusvirheiden kompensoimiseksi matkaviestimessä, erityisesti digitaalisessa matkaviestimessä.

Ennestään tunnetaan matkaviestimeen sovitettu kellojärjestely, joka toimii suurella 15 taajuudella koko ajan. Epäkohtana tässä järjestelyssä on, että kellojärjestely kuluttaa huomattavasti energiaa, jolloin se on epäsopiva erityisesti pieniin ja kevyisiin matkaviestimiin kuten matkapuhelimiin. Matkaviestimen akun säästämiseksi on kehitetty uusi kellojärjestely ns. lepokellojärjestely (sleep clock system).

20 Eräs ennestään tunnettu lepokellojärjestely on esitetty saman hakijan aikaisemmassa FI-patenttihakemuksessa 923976. Lepokellojärjestelyyn kuuluu kaksi kellolaitetta, joista ensimmäinen on järjestetty toimimaan suurella taajuudella ja toinen matalalla taajuudella. Ensimmäinen kellolaite, normaalikello, toimii megahertsialueella ja toinen kellolaite, lepokello, kilohertsialueella. Ensimmäinen kellolaite on kytketty 25 pois ja toinen kellolaite, joka ei ole niin tarkka, toimii sen sijaan, kun matkaviestin on lepotilassa. Tämän järjestelyn avulla tehonkulutusta voidaan selvästi pienentää.

Edellä esitettyä lepokellojärjestelyä käytetään esim. aikajakomonikäyttöön (TDMA) perustuvan GSM (Global System for Mobile Communications) -järjestelmän matka-30 viestimissä. Kun matkaviestimen lepokellojärjestelmän ensimmäinen normaali kellolaite kytketään pois toiminnasta, matkaviestimen vastaanotin on järjestetty vasta-nottamaan radiosignaaleja tukiasemalta vain tiettyinä ennalta määrättyinä ajankohtina. Matkaviestimen lepoaika kahden kutsukehyksen (page) välillä, jonka kutsuke-hyksen aikana sillä on valmius tunnistaa mahdollinen tuleva puhelu, on suhteellisen 35 pitkä, luokkaa 1-2 sekuntia. Tämä aikaväli pitää pystyä mittaamaan tarkasti.

Ongelmana nykyisissä matkaviestimissä, joissa käytetään lepokellojärjestelyä, on, että toisen kellolaitteen ytimenä käytetään yleisesti kidettä sen tahdistamiseksi. Ki- 111582 2 teeseen liittyy aina taajuushuojuntaa, joka tyypillisesti tässä sovelluksessa käytetyissä kiteissä on luokkaa 0,5 ps. GSM-matkaviestimessä tämä vastaa noin 1/8 osaa bittiajasta (bit period).

5 Ongelmana on lisäksi se, että kiteen taajuus muuttuu lämpötilan muutosten myötä. Nimellistaajuus saavutetaan yleensä lämpötilassa 25 °C. Voidaan todeta, että mitä suurempi lämpötilaero on em. nimellislämpötilaan 25 °C sitä suurempi on taajuus-poikkeama. Matkaviestimen tulee toimia luotettavasti lämpötila-alueella, joka ulottuu -10 °C:sta aina +55 °C:een. Taajuuden muuttumisen maksimaalisen nopeuden 10 perusteella voidaan arvioida ottaen huomioon, että lepoaika kahden hakutoiminnon välillä GSM-järjestelmässä on maksimissaan 2,12 s, että aikavirhe kahden hakutoiminnon aloituksen välillä huonoimmassa tapauksessa on noin 6,2 ps/C. Kun lisäksi arvioidaan, että nykyiset kevyet matkaviestimet voivat lämmetä/kylmetä esim. 1 °C/min, saadaan yhden minuutin jaksolle aikavirheeksi noin 6,2 ps. Kun tämä jae-15 taan hakutaajuudella, ajastusvirheeksi saadaan huonoimmassa tapauksessa kahden hakutoiminnon välillä 0,2 ps. Vaikka ajastusvirhe kahden hakutoiminnon välillä ei ole suuri, se on kumulatiivinen. Mikäli taajuuden muutosta so. kumulatiivista ajas-tusvirhettä ei jollain tavoin kompensoida, se johtaa pian yhteydenpitojärjestelmän kaatumiseen matkaviestimen ja tukiaseman välillä.

20

Lepokellojärjestelyyn liittyy em. kiteen lisäksi toinenkin ongelma. Taajuushuojun-nan kaltainen ajastusvirhe syntyy silloin, kun lepokellojärjestelyn kellotaajuutta muutetaan. Lepokellojärjestelyn toinen kello eli lepokello toimii kilohertsialueella, kun taas ensimmäinen eli normaalikello toimii megahertsialueella. Ensimmäisen 25 suurella taajuudella toimivan kellon tulee olla käynnissä ennen kuin kellotaajuutta muutetaan toiselta kellolta ensimmäiselle. Kellotaajuuden vaihto on asynkroninen tapahtuma. Jokaisen vaihdon yhteydessä normaalikellon stabiloituminen vie oman aikansa. Vaihtoon liittyvä ajastusvirhe on tällöin puolet normaalikellon kellojaksosta so. noin 0,5 ps. Kutsukehyksen kuuntelutoiminnan alkaminen on myös asynkroni-30 nen tapahtuma. Matkaviestimen signaalinvastaanotossa ei voida olla varmoja siitä, että vastaanotettu kutsukehyssignaali (paging) todella alkaa sen normaalikellon signaalin etureunasta. Näin ollen tähän liittyy myös ajastusvirhe, joka on puolet normaalikellon kellojaksosta so. noin 0,5 ps.

35 Edellä esitetyn perusteella voidaan arvioida, että pahimmassa tapauksessa kokonais-ajastusvirhe kahden kuunneltavan kutsukehyksen välissä muodostuu seuraavasti: 3 111582 kiteen taajuushuojunta 0,5 ps kiteen lämpötilaryömintä 0,2 ps (kumulatiivinen) kellotaajuuden vaihto 0,5 ps kutsukehyksen aloituskohta 0.5 μ5 5 1,7 μs/kutsukehys

Kokonaisajastusvirhe kahden kutsukehyssignaalin välissä on näin ollen 1,7 ps, joka on noin puolet GSM-verkon bittiajasta.

10 Kanavaolosuhteet vaikuttavat merkittävästi siihen, miten hyvin matkaviestimen ra-diotaajuus(RF)vastaanotin pystyy vastaanottamaan tukiasemalta lähetetyn RF-sig-naalin. Kun matkaviestin toimii kutsukehyksen aikana normaalikellon taajuudella, kanavaolosuhteiden vaihtelut ja muutokset voidaan kohtuullisessa määrin estimoida ja näin tukiasemalta lähetetty RF-signaali voidaan vastaanottaa matkaviestimen vas-15 taanottimella. Kun matkaviestimessä pitää vielä arvioida oman sisäisen kellojärjes-telyn ajastusvirhe, tilanne muuttuu. Matkaviestimen RF-signaalin vastaanotossa ei voida olla varmoja siitä, että tukiasemalta lähetetty kutsukehys alkaa juuri sinä hetkenä, joka sen oman ajastimen avulla ilmoitetaan. Mahdollinen lepokellojärjestelyn taajuusvirhe voi myös näyttää huonoista kanavaolosuhteista johtuvalta virheeltä.

20

Kun kanavaolosuhteet ovat huonot eli vastaanotetussa RF-signaalissa esiintyy voimakasta häipymistä ja runsaasti heijastuksia (johtuen esim. kumpuilevasta maastosta ja Doppler-ilmiöstä), matkaviestimen kellojärjestely epäonnistuu helposti tahdis-tumisessa. Matkaviestimessä ei pystytä päättelemään, johtuuko ajastusvirhe kehnois-25 ta kanavaolosuhteista vai kellojärjestelystä. Matkaviestimessä yritetään pitää sen ajastussignaali ja synkronointi tukiaseman kelloon nähden kunnossa. Tämän perusteella pyritään estimoimaan korjaussignaali pitkäaikaisen ajastusvirheen eli taajuus-virheen korjaamiseksi. Huonot kanavaolosuhteet voidaan ilmaista matkaviestimen sisäisen ajastuksen taajuusvirheenä. Tämä aiheuttaa hyvin nopeasti matkaviestimen 30 tahdistuksen menetyksen tukiasemaan nähden signaalin kehysrakenteessa. On huomattava, että lepokellojärjestely ei ole stabiili huonoissa kanavaolosuhteissa, vaikka optimoitua vastaanotinrakennetta, kuten maksimaalisen todennäköisyyden sekvens-siestimaattoria (Maximum Likelihood Sequence Estimator, MLSE) käytettäisiin.

35 Keksinnön tarkoituksena on tarjota uusi menetelmä ja piirijärjestely matkaviestimen, erityisesti digitaalisen matkaviestimen, sisäisten ajastusvirheiden kompensoimiseksi. Keksinnön tarkoituksena on erityisesti toteuttaa uusi menetelmä ja piirijärjestely korjaussignaalin määrittämiseksi matkaviestimen vastaanottamasta RF-signaalista, 111582 4 jonka korjaussignaalin avulla kellojärjestelyn mahdolliset ajastusvirheet voidaan kompensoida.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle matkaviestimen, erityisesti digitaalisen matka-5 viestimen, sisäisten ajastusvirheiden kompensoimiseksi, ovat tunnusomaisia ne piirteet, jotka on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle piirijärj estetylle matkaviestimen, erityisesti digitaalisen matkaviestimen, sisäisten ajastusvirheiden kompensoimiseksi, ovat tunnusomaisia ne 10 piirteet, jotka on esitetty patenttivaatimuksen 7 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön etuna on yksinkertainen ja tehokas tapa sisäisten (tai sellaiseksi tulkittavien) ajastusvirheiden osoittamiseksi ja kompensoimiseksi digitaalisessa matkaviestimessä. Sisäiset ajastusvirheet johtuvat matkaviestimen rakenteesta ja toiminnasta, 15 kuten sisäistä kellokiteestä ja/tai kellojärjestelyn kytkemisestä ja niihin liittyvistä taajuusmuutoksista.

Keksinnön etuna on edelleen, että se voidaan integroida olennaiseksi osaksi matkaviestintä riippumatta siitä, minkälaista kellojärjestelyä siinä käytetään. Keksinnön 20 mukaisella menetelmällä ja piirijärjestetyllä saadaan aikaan korjaussignaali, jonka avulla matkaviestimen ja erityisesti sen kellojärjestelyn ajastusvirheet voidaan havaita ja korjata.

Keksinnön etuna on erityisesti, että sen avulla voidaan toteuttaa luotettava lepokel-25 lojärjestely.

Seuraavassa keksintöä ja sen muita etuja selostetaan viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää lohkokaaviona osaa matkaviestimen vastaanottopäästä siihen liit-30 tyvine keksinnön mukaisine piirijärjestelyineen; kuvio 2 esittää lohkokaaviona matkaviestimen ilmaisu-demodulointiyksikköä; kuviot 3a ja 3b esittävät impulssivastetappeja ja vastaavasti näiden joukosta valittua alijoukkoa; kuvio 4 esittää ajastusyksikön ensimmäistä suodinyksikköä lohkokaaviona; 35 kuvio 5 esittää ajastusyksikön toista suodinyksikköä lohkokaaviona; ja kuvio 6 esittää vuokaaviota eräästä keksinnön mukaisesta menetelmästä matkaviestimen ajastuksen tarkistamiseksi ja korjaamiseksi.

5 111582

Matkaviestimen, joka on järjestetty toimimaan GSM-verkossa, vastaanotinpää on esitetty lohkokaaviona kuviossa 1 niiltä osin, mitkä liittyvät esillä olevaan keksintöön. Matkaviestimen vastaanottama RF-signaali syötetään RF-vastaanottimeen 1 ja pientaajuinen signaali tästä edelleen A/D-muuntimeen 2. A/D-muuntimelta 2 saadut 5 signaalinäytteet, kuten TDMA-purskeet, johdetaan ilmaisu- ja demodulointiyksik-köön 3. Tästä yksiköstä signaali johdetaan edelleen salauksen purkuyksikköön 4. Ohjausyksiköllä 7 ohjataan ja valvotaan matkaviestimen toimintaa.

Ilmaisu- ja demodulointiyksikköön 3 kuuluu vastaanotinyksikkö 5 ja ajastusyksikkö 10 6. Vastaanotinyksikön 5 avulla ilmaistaan signaali ja se demoduloidaan. Vastaanot toyksikkö 5 on toteutettu edullisimmin optimoituna vastaanotinrakenteena ja se on tässä sovelluksessa maksimaalisen todennäköisyyden sekvenssiestimaattori MLSE (Maximum Likelihood Sequence Estimator). MLSE-vastaanottimen 5 tehtävänä on estimoida radioviestintäkanavaa niiden signaalirakenteiden avulla, jotka on sisälly-15 tetty lähetettyyn signaaliin estimoinnin helpottamiseksi. Ajastusyksikön 6 avulla määritetään vastaanotetusta signaalista korjaussignaali, joka ilmoittaa kutsukehyksen aloituskohdan ja joka syötetään edelleen käsiteltäväksi ohjausyksikölle 7. Tämän ajastusyksikön 6 lähtösignaalin, so. korjaussignaalin, avulla tarkistetaan ohjausyksikköön 7 kuuluvan kellojärjestelyn, kuten lepokellojärjestelyn, ajastus ja korjataan 20 se tarpeen vaatiessa.

Kuten tunnettua, siirtokanavassa tapahtuu jatkuvasti muutoksia, jotka vaikuttavat radiosignaaliin aiheuttaen monitie-etenemistä ja Doppler-vääristymiä. Näin ollen vastaanotettuun signaaliin kuuluu varsinaisen alkuperäisen signaalin lisäksi myös 25 siihen nähden eriaikaisesti vastaanotettuja samankaltaisia signaalikopioita. Lisäksi vastaanotetun signaalin voimakkuus saattaa vaihdella hetkittäin. Näin ollen kana-vanestimointia tarvitaan korjaamaan radiotien signaalille aiheuttamia virheitä. Tätä tarkoitusta varten signaaliin lisätään rakenteita, joiden avulla estimointi voidaan helposti toteuttaa. Eräs mahdollinen tapa on, että lähetettävään radiosignaaliin lisä-30 tään ennalta määrätty bittikuvio sovittuun kohtaan kehysrakennetta. Vastaanottimella etsitään tämä bittikuvio ja suoritetaan kanavan estimointi tämän perusteella. Tätä periaatetta noudatetaan MLSE-vastaanottimessa 5.

Ilmaisu- ja demodulointiyksikkö 3 on esitetty lohkokaaviona kuviossa 2. MLSE-vas-35 taanottimeen 5 kuuluu korrelaattori 8 ja korjain 9. Korrelaattorilla 8 lasketaan siirtokanavan impulssivaste tietyllä vastaanotetun signaalin, kuten TDMA-purskeen, aikavälillä. Tämä aikaväli on osa vastaanotetusta signaalista, johon aikaväliin kuuluu databittejä ja tunnettu synkronointiin liittyvä bittikuvio. Kanavan impulssivasteen 111582 6 laskeminen perustuu korrelaatioon korrelaattoriin 8 tallennetun tunnetun bittikuvion ja vastaanotetussa aikavälissä ilmaistun vastaavan bittikuvion välillä. Tunnettu bittikuvio on siis tallennettu korrelaattorin 8 muistiyksikköön 10, josta se korrelaatiota laskettaessa haetaan korrelaattorin käsittely-yksikköön 11. Käsittely-yksikköön kuu-5 luu esim. mikroprosessori tai vastaa tietojenkäsittely- ja laskentaelin.

Korrelaattorin 8 tulosignaali on kompleksinen signaali a(t), joka koostuu I- ja Q-sig-naaleista (GSM-matkaviestinjärjestelmä/GMSK-modulaatio). Korrelaattorissa 8 lasketaan impulssivasteet sekä I- että Q-signaaleille. Lasketut impulssivasteet estimoi-10 vat kanavaolosuhteita vastaanotetun signaalin ko. aikavälillä.

Korrelaattorin käsittely-yksikössä 11 suoritetaan seuraavat laskentatoimenpiteet tu-losignaalille a(t) halutun lähtösignaalin maxpos saamiseksi ajastusyksikköä 6 varten. Estimoidun impulssivasteen suuruus voidaan laskea seuraavan kaavan mukaan: 15 (1) «.(O=4il+Ql.

jossa n = 1, 2, 3,... k ja k = laskettujen korrelaatioiden määrä.

20 Käsittely-yksikössä 11 lasketaan joukko impulssivastetappeja, mutta tavallisesti näitä kaikkia ei syötetä korjaimeen 9. Näin ollen laskettuihin impulssivastetappeihin kohdistetaan valintaa ja ne tapit valitaan, jotka antavat parhaan kanavaimpulssivas-teen. Valinta toteutetaan käsittely-yksikössä 11 siten, että kaikista lasketuista im-pulssivastetapeista valitaan ne, jotka sisältävät eniten energiaa. On lisäksi huomat-25 tava, että valitut tapit muodostavat aina ryhmän so. korrelaattorilla 11 ei voi valita yhtä tappia sieltä ja toista täältä. Tässä suhteessa viittaamme kuvioihin 3a ja 3b. Kuviossa 3 a on laskettu yhdeksän impulssivasteen tapin suuruudet ja kuvassa 3b näistä on valittu viiden tapin ryhmä. Valintamenettely viidelle impulssivastetapille toteutetaan siten, että tämän ryhmän impulssitappien suuruudet m(i) lasketaan kaavalla 2: 30 (2) = + · j=0 i = 4-s, 3-s, 2-s, ..., 4+s, jossa s = impulssivasteen ikkunan leveys.

35 Etsitään lasketusta impulssivastetappien ryhmästä m(i) niiden tappien alaryhmä, joka sisältää maksimaalisen määrän energiaa (kuvio 3b). Tästä alaryhmästä valitaan se impulssivastetappi, joka sisältää maksimaalisen määrän energiaa muihin alaryhmän 7 111582 tappeihin nähden ja tämän paikka ilmaistaan paikkatietosignaalina maxpos kaavan 3 mukaisesti: (3) maxpos = max [m(i)], 5 i = 4-s, 3-s, 2-s, ..., 4+s.

Lopullinen impulssivaste lasketaan kaavan 4 mukaisesti: (4) lD(i) = lD(i+maxpos -2) Ja QD(i) = QD(i+maxpos - 2)> jossa i = 0, 1, 2, 3, 4.

Korrelaattorin 8 Iq-ja Qp-lähdöt on yhdistetty korjaimeen 9. Vastaanotettu signaali a(t) syötetään myös korjaimeen 9. Korjaimen 9 tarkoituksena on korjata vastaanotettua signaalia a(t) estimoidun kanavan impulssivasteen avulla. Tekniikka itsessään on 15 laajasti tunnettu. Siinä käytetään hyväksi sovitettua suodinta ja modifioitua Viterbi-algoritmia signaalin käsittelyyn. Estimoidut impulssivastetapit syötetään sovitettuun suotimeen ja prosessoidaan. Korjaimen 9 lähdöstä saadaan korjattu signaali b(t) sa-lauksenpurkuyksikköä 4 (vrt. kuvio 1) varten.

20 Korrelaattorissa 8 laskettu paikkatietosignaali maxpos ilmaisee maksimienergian paikan (eli sen impulssivasteen paikan, jonka energiasisältö on suurin) vastaanotetussa TDMA- (kuten GSM-) purskeessa. Yhtä vastaanotettua pursketta kohti saadaan yksi paikkatietosignaali.

25 Paikkatietosignaali maxpos syötetään ajastusyksikköön 6. Tähän ajastusyksikköön 6 kuuluu kaksi suodinyksikköä 14, 15, jotka on kytketty sarjaan toistensa kanssa. Korrelaattorin 8 paikkatietosignaalilähtö on yhdistetty ensimmäisen suodinyksikön tuloon 12. Ajastusyksikön 6 lähtö 13, joka on myös toisen suodinyksikön 15 lähtö, on yhdistetty edelleen ohjausyksikköön 7.

30

Ensimmäiseen suodinyksikköön 14 kuuluu ensimmäinen suodin 16 ja tätä seuraava erotin 18. Erottimen 18 avulla vain halutut ensimmäisen suotimen 16 lähtösignaalit päästetään toiseen suodinyksikköön 15.

35 Toiseen suodinyksikköön 15 kuuluu toinen suodin 17 ja skaalain 19. Skaalaimen 19 avulla ajastusyksikön 6 lähtösignaali corr asetetaan sopivaan säätöikkunaan ajastuk-sen virheiden kompensoimista ajatellen.

111582 8

Ensimmäiseen suotimeen 16 kuuluu n-asteinen siirtorekisteri 20 (kuvio 4), joka on edullisesti fifo-rekisteri (so. siirtorekisteri, johon yksi signaalinäyte syötetään sisään ja samalla toinen ulos). Korrelaattorilta 8 saatava paikkatietosignaali maxpos syötetään ensimmäisen suotimen 16 eli tässä tapauksessa fifo-rekisterin 20 tuloon 12.

5 Paikkatietosignaalin maxpos arvo ilmaisee impulssivasteen maksimienergian paikan, joka saadaan laskettua impulssivasteen laskennan yhteydessä korrelaattorissa 8, kuten edellä on selostettu.

Lasketut paikkatietosignaalit maxpos syötetään peräkkäin ensimmäisen suotimen 16 10 fifo-rekisteriin 20 ja kunkin signaalin syöttämisen jälkeen lasketaan rekisterissä 20 olevien signaalinäytteiden summa summaimella 21 ja saatu summa sum syötetään edelleen päätösyksikköön 22, jossa summaa verrataan päätösparametreihin ja vertailun perusteella annetaan välisignaali, joka syötetään eteenpäin erottimelle 18. Erottimen 18 lähdöstä ja samalla ensimmäisen suotimen 14 lähdöstä saadaan ensimmäi-15 sen suodinyksikön lähtösignaali, joka syötetään toiseen suodinyksikköön 15.

Seuraavassa tarkastellaan yksityiskohtaisesti niitä toimenpiteitä, joita ensimmäisen suodinyksikön 14 yhteydessä toteutetaan. Fifo-rekisterissä 20 olevien paikkatieto-signaalien summa sum lasketaan summaimella 21 kaavan 5 mukaisesti: 20 n (5) sum = ]T]d(i), jossa i=l d(i) on i:nnen siirtorekisterin 20 muistielementin 201, 20^, 20^, ... 20n sisältö ja n on elementtien lukumäärä.

25

Rekisterissä 20 tiettynä ajanhetkenä olevien paikkatietosignaalien summaa sum verrataan päätösyksikössä 22 päätösparametreihin. Päätösparametrien määritystä varten tarvitaan tieto paikkatietosignaalin nimellistasosta. Se voi olla periaatteessa mikä tahansa signaalin arvo, joten oletetaan sen olevan nom, joka on kokonaisluku. Nimel-30 lisarvoisten paikkatietosignaalien, joita on n kpl, summa on ave = n * nom. Tätä arvoa ave verrataan summanneita 21 saatuun todellisten paikkatietosignaalien summaan sum. Jos todellisten paikkatietosignaalien summa sum on suurempi kuin nimellisarvoisen paikkatietosignaalin summa ave, se merkitsee, että paikkatietosignaalit eroavat paljon arvioidusta nimellistasosta ja että suoritettavan ajastuksen kor-35 jauksen ja siis korjaussignaalin arvo tämän mukaisesti tulee olla suuri. Jos-niin-lau- 9 111582 sekkeilla voidaan valittavat välisignaalien ot arvot Nn, Nn_j, N2, Nj, NP, Pj, P2,..., Pn-l, Pn asettaa taulukon 6 muotoon: (6) TAULUKKO 5 JOS sum < ave - an NIIN ot = Nn JOS sum < ave - an_ \ NIIN ot = Nn_ j 10 JOS sum < ave - a2 NIIN ot = ^ JOS sum < ave - a^ NIIN ot = Nj JOS ave - ai < sum < ave + aj NIIN ot = NP JOS sum> ave - bj NIINot = Pi JOS sum > ave - b2 NIIN ot = P2 15 JOS sum > ave - bn_j NIIN ot = Pn_j JOS sum > ave - bn NIIN ot = Pn 20 Päätösparametrit ovat ave - an, ave - bn, joissa n = 1, 2, 3, ... (kokonaisluku). Ensimmäinen päätösparametri ave on muodostettu paikkatietosignaalien nimellisarvojen summasta. Toiset päätösparametrit an, bn ovat kokonaislukuja, jotka valitaan sopivasti sovelluksesta riippuen. Tätä on havainnollistettu kuvion 4 päätösyksikön 22 sisältämässä päätöstaulukossa 22a, joka on taulukon 7 mukainen: 25

(7) TAULUKKO

JOS sum < ave -11 NIIN ot = -3 JOS sum < ave -7 NIIN ot = -2 30 JOS sum < ave-3 NIIN ot = -1 JOS ave -3 < sum < ave + 3 NIIN ot = 0 JOS sum > ave +3 NIIN ot = 1 35 JOS sum > ave +7 NIIN ot = 2 JOS sum > ave+11 NIINot = 3 111582 10

Kuvion 4 esimerkissä fifo-rekisteriin 20 kuuluu kahdeksan muistielementtiä 201, 20^,20^ (Posl, Pos2, Pos3, ..., Pos8) ja niihin tallennetaan kahdeksan peräkkäistä paikkatietosignaalia. Tässä sovelluksessa n = 8 ja paikkatietosignaalien nimellisarvo nom = 4, jolloin ave = 8x4 =32. Toisten päätösparametrien an, bn arvot ovat 5 11, 7, 3 ja vastaavat välisignaalien ot arvot: -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3. Päätösyksikön 22 päätöstaulukosta 22a saadaan ulos välisignaali ot, jonka arvo on jokin mainituista kokonaisluvuista: -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3.

Päätösyksikköön 22 kuuluu tässä sovelluksessa päätöstaulukon 22a lisäksi summain 10 22b. Päätösyksikön 22 päätöstaulukosta 22a saatu ensimmäinen välisignaali ot las ketaan summaimessa 22b yhteen aikaisemmin edellisessä vaiheessa lasketun vastaavan välisignaalin kanssa, jolloin kumulatiiviseksi välisignaaliksi op saadaan kaavan 8 mukaisesti: 15 (8) op = op + ot

Kumulatiivinen välisignaali op edustaa päätösyksikön 22 lähtösignaalia.

Kumulatiivista välisignaalia op voidaan käyttää ensimmäisen suodinyksikön 14 20 lähtösignaalina, mutta useimmiten on edullista tasoittaa lähtösignaali syöttämällä se ensin erottuneen 18. Erotin 18 päästää lävitseen joka D:nnen signaalin, jossa D on kokonaisluku joukosta 1, 2, 3, .... Jos oletetaan, että erottuneen 18 syötetään kumu-latiiivisten välisignaalien sarja: opO, opi, op2, op3, op4, op5, op6, ... ja D = 2, erottimen 18 lähtösignaali eli ensimmäisen suodinyksikön lähtösignaalien op; D (D=2) 25 sarja on opO, op2, op4, op6, ... (vrt. kuvio 4). Näin ollen ajastusyksiköstä 6 saadaan tässä sovelluksessa korjaussignaali corr ulos joka toinen kerta, kun paikkatietosig-naali maxpos luetaan sisään. Erottimen 18 avulla vaimennetaan ja tasoitetaan ajas-tuksen korjausta siten, että se ei tapahdu liian nopeasti ja äkkinäisesti sitä seuraavien yksiköiden, erityisesti ohjausyksikön 7 ja MLSE-vastaanottimen 5, toimintoihin 30 nähden.

Toiseen suodinyksikköön 15, kuvio 5, kuuluu m-asteinen siirtorekisteri 23. Tämä siirtorekisteri 23 on edullisesti fifo-rekisteri ja se vastaa rakenteeltaan ensimmäisen suodattimen Ufo-rekisteriä 20. Rekisterin 23 tuloon syötetään ensimmäisen suodinyksikön 14 lähtösignaali op; D. Peräkkäiset lähtösignaalien op; D arvot talleruie-35 taan siirtorekisterin 23 muistielementteihin 231, 23^, 23^, ...5 23m (Posl, Pos2, Pos3, Posm). Rekisterin 23 sisältö keskiarvoistetaan eli sen sisältämistä ensimmäisen suodinyksikön lähtösignaalien op; D arvoista lasketaan keskiarvo: signaalien 11 111582 summa suml lasketaan summaimella 24 ja tulos jaetaan rekisterin 24 elementtien 231, 23 2, 23^, ..., 23m lukumäärällä m jakajassa 25. Kaikkien rekisterin 23 elementtien sisältämien signaalien keskiarvo on avel = suml/m. Signaali avel on toisen suodinyksikön 15 lähtösignaali.

5

On kuitenkin edullista järjestää toiseen suodinyksikköön 15 vielä skaalain 19, johon toisen suodinyksikön välisignaali avel syötetään. Vasta skaalaimen 19 lähtösignaali corr muodostaa toisen suodinyksikön 15 lähtösignaalin ja samalla ajastusyksikön 6 lähtösignaalin eli ajastuksen korjaussignaalin. Ajastuksen säätöön saadaan näin hi-10 tautta ja estetään systeemiä joutumasta epästabiiliin tilaan.

Toisen suodinyksikön 15 skaalaimen 19 tehtävänä on sovittaa toisen suotimen 17 lähtösignaali niihin korjaus- eli vaihetelualuekehyksiin, joiden sisällä MLSE-vas-taanotin voi käsitellä lähtösignaalin. Jos ajastusvirheen korjaus toteutetaan liian no-15 peasti, silloin koko vastaanotin joutuu epästabiiliin tilaan ja alkaa värähdellä. Jos ajastusvirheen korjaus on liian hidas, MLSE-vastaanotin ei ehdi toteuttaa korjausta, joka ohjausyksikön 7 kautta saadaan matkaviestimen kellojärjestelyltä. Näin ollen skaalaimella 19 toteutetaan seuraava toimenpide siihen syötetylle välisignaalille avel: 20 (9) corr = ave 1/sca jossa sca = reaaliluku, joka on tyypillisesti välillä 0,25 - 4.

25 Kuvion 5 esittämässä toisessa suodinyksikössä 15 ensimmäisen suodinyksikön läh-tösignaalien op; D arvojen lukumäärä, jotka voidaan kerätä rekisteriin 23 on m = 8 ja skaalaimen 19 parametri sca - 2. Näin ollen ajastusyksiköstä 6 saadaan tässä sovelluksessa korjaussignaali corr ulos joka toinen kerta, kun paikkatietosignaali maxpos luetaan sisään ja tämän korjaussignaalin corr vaihtelualue on rajattu puoleen 30 välisignaalin avel vaihtelualueesta.

Ajastusyksikön 6 lähtösignaali eli korjaussignaali corr syötetään matkaviestimen ohjausyksikköön 7. Korjaussignaali corr sisältää yleisesti ottaen tiedon siitä, onko ajastus kunnossa ja jos se ei ole, paljonko ajastuksessa on virhettä ja mihin suun-35 taan. Tämä järjestelyn avulla esim. lepokellojärjestelyn nopea normaalikello voidaan korvata kahden kutsukehyksen välillä lepokellolla ja kuitenkin säilyttää matkaviestimen oikea ajastus. On huomattava, että lepokello voi olla toiminnassa muul- 111582 12 loinkin kuin kahden kutsukehyksen välillä (esim. silloin, kun matkaviestimellä kommunikoidaan).

Ajastusyksikön 6 korjaussignaali corr käsitellään ohjausyksikössä 7 esim. seuraa-5 valla tavalla. Ohjausyksikköön 7 kuuluu derivointiyksikkö 26 (kuvio 2), johon korjaussignaali corr syötetään. Täällä korjaussignaali corr derivoidaan, jonka toimenpiteen avulla saadaan selville, koska kellojärjestelyn ajastusta tulee muuttaa ja mihin suuntaan. Derivointiyksikön 26 lähtösignaali vuorostaan syötetään kelloyksikköön, kuten esim. lepokellojärjestelylle 27, ajastuksen korjaamiseksi siten, että kutsuke-10 hyksen aloituskohta täsmää kellosignaalin kanssa.

Matkaviestimen sisäinen ajastus korjataan edellä esitetyssä sovelluksessa seuraa-valla tavalla (vrt. kuvion 6 vuokaavio). Paikkatietosignaalin maxpos arvot lasketaan korrelaattorissa 8, kuten edellä on selostettu (vaihe 30). Ne ovat edellä esitetyssä 15 sovelluksessa kokonaislukuja, joiden vaihtelualue riippuu korrelaattorin 8 korrelointi-ikkunan leveydestä. Paikkatietosignaalin maxpos arvot voivat vaihdella esim. välillä -4, -3, ..., 3, 4 tai 0, 1, 2, 3, 4. Näistä paikkatietosignaalien arvoista lasketaan ajastusyksikössä 6 korjaussignaali corr (vaihe 31). Korjaussignaalin corr arvo on yleensä kokonaisluku, joka ilmoittaa, kuinka paljon matkaviestimen kellon ajastus 20 on virheellinen. Tässä GSM-verkon sovelluksessa ajastusvirhe ilmoitetaan 1/4 bit-tiajan (= 923 ns) tarkkuudella.

Alussa ajastusyksikön 6 korjaussignaali corr = 0. Tämä testataan (vaihe 32) ohjausyksikössä 7 ja havaitaan, että ajastus on kunnossa (vaihe 33) eli siinä ei esiinny virhettä eikä ajastusta tarvitse korjata. Kun matkaviestimellä aletaan kuunnella kutsu-25 kehyksiä ja aikaa kuluu, niin tällöin jossain vaiheessa käy siten, että ajastusyksikön 6 avulla paikkatietosignaaleista maxpos laskettu korjaussignaali corr Φ 0. Tämä havaitaan korjaussignaalin testausvaiheessa (vaihe 32). Näin ajastusyksikön 6 korjaussignaali corr osoittaa, että matkaviestimen kellon taajuus on muuttunut ja kello-järjestelyn ajastusta tulee korjata.

30 Oletetaan, että seuraavaksi ajastusyksiköstä 6 saadaan korjaussignaali corr = 1. Tämä korjaussignaalin corr muutos havaitaan testausvaiheissa, joissa ensin todetaan, että corr Φ 0 (vaihe 32) ja, että korjaussignaalin corr arvo on muuttunut (vaihe 34) ja erityisesti kasvanut (vaihe 35) arvolla Δ = +1. Ajastusta muutetaan korjaussignaalin corr muutoksen Δ mukaisesti (vaihe 36). Ohjausyksikön 7 avulla ilmoitetaan mat-35 kaviestimen muille osille, että kellojärjestelyn, kuten kellokiteen, taajuusmuutokses-ta johtuen matkaviestimen lepokellojärjestelyyn 27 kuuluva normaalikello tulee he- 13 111582 rättää seuraavalla kerralla Δ x 1/4 bittiaikaa (= Δ x 923 ns), jossa Δ = +1, aikaisemmin kuin tällä havaintokerralla. Näin tulee korjattua kellojärjestelyn taajuus-muutoksesta aiheutunut ajastus virhe.

Oletetaan edelleen, että ajastusyksikön 6 korjaussignaali corr = 1. Seuraavaksi kor-5 jaussignaali corr saa arvon corr = 2. Tämä viestitään ajastusyksiköltä 6 ohjausyksikölle 7, jonka avulla korjaussignaalin corr positiivinen muutos eli lisäys Δ = +1 havaitaan (vaiheet 32, 34, 35) ja ohjausyksikön 7 avulla ajastusta jälleen muutetaan, kuten edellä selostettiin. Oletetaan edelleen, että seuraavaksi korjaussignaali corr muuttuu arvoon corr = 1, jolloin ohjausyksikkö 7 jälleen reagoi muutokseen, jossa 10 korjaussignaalin corr arvo tällä kertaa laskee. Korjaussignaalin corr muutos Δ = -1 havaitaan testausvaiheissa, joissa ensin todetaan, että corr Ψ 0 (vaihe 32) ja, että korjaussignaalin corr arvo on muuttunut (vaihe 34) ja erityisesti pienentynyt (vaihe 35). Ajastusta muutetaan korjaussignaalin corr negatiivisen muutoksen eli erotuksen Δ = -1 mukaisesti (vaihe 37). Ohjausyksikön 7 avulla säädetään matkaviestin he-15 räämään seuraavalla kerralla Δ x 1/4 bittiaikaa (= Δ x 923 ns), jossa Δ = -1, myöhemmin kuin edellisellä kerralla.

Oletetaan edelleen, että ajastusyksikön 6 korjaussignaali corr = 1. Tämä korjaussignaalin corr arvo pysyy vakiona seuraavan tarkistuskierroksen ajan. Tämä havaitaan ohjausyksikössä 7 (vaiheet 32 ja 34) ja ajastuksen korjaus pidetään vakiona (vaihe 20 39) eli aikaisemmin määritetyssä ajastuksen korjausarvossa.

Ohjausyksikön 7 yhteydessä on lepokellojärjestely, jossa on tietty vakioaika, jonka normaali nopeakello on sammutettuna ja jona aikana käytetään lepokelloa ja sen kidettä. Tätä vakioaikaa lyhennetään/pidennetään aina yhden askeleen Δ = 1 (Δ x 1/4 bittiaika) verran, kun ajastusyksikön 6 lähtösignaali muuttuu. Kuitenkin on muistet-25 tava, että edullisemmin yksi lähtösignaalin corr yksikkömuutos saa aikaan ainoastaan yhden yksikkömuutoksen ajastussignaalissa.

Edellä esitetyssä toiminnassa (kuvio 6) ohjausyksikössä 7 ajastusyksiköstä 6 vastaanotettu signaali corr derivoidaan ja lepokellojärjestelyn ajastusta muutetaan corr-signaalin derivaatan avulla.

30 On huomattava, että ajastusyksiköstä 6 saatava lähtösignaali corr on yksi ajastuksen korjaukseen ohjausyksikössä 17 liittyvä indikaattori; sen ohella voidaan käyttää myös muita ajastuksen korjaukseen liittyviä tietoja hyväksi ajastuksen valvomiseen ja oikea-aikaistamiseen.

111582 14

Edellä keksintöä on selostettu lähinnä yhteen sen edulliseen sovellutusmuotoon viittaamalla, mutta on selvää, että keksintöä voidaan soveltaa monin eri tavoin oheisten patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (12)

111582

1. Menetelmä matkaviestimen, erityisesti digitaalisen matkaviestimen, sisäisten ajastusvirheiden kompensoimiseksi, jossa määritetään sinänsä tunnetusti estimoi- 5 dusta kanavan impulssivasteesta signaalinäytteet, jotka sisältävät maksimaalisesti energiaa ja näiden maksimaalisten signaalinäytteiden paikkatietosignaalit (maxpos), tunnettu siitä, että peräkkäisten paikkatietosignaalien (maxpos) avulla määritetään korjaussignaali, joka osoittaa matkaviestimen ajastusvirheen suuruuden ja suunnan ja jonka avulla matkaviestimen, ja erityisesti sen kellojärjestelyn, ajastus tarkistetaan 10 ja tarpeen vaatiessa oikea-aikaistetaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisessä käsittelyvaiheessa korjaussignaalin määrittämiseksi: joukko peräkkäisiä paikkatietosignaaleja (maxpos) summataan (sum); 15. verrataan summattuja signaalinäytteiden arvoja (sum) sopiviin ennalta määri tettyihin päätösparametreihin (ave-an, ave-bn) ja valitaan vertailun perusteella välisignaali (ot, op); ja toisessa käsittelyvaiheessa: lasketaan määrätyn välisignaaleista (ot, op) muodostetun joukon (m kpl) kes-20 kiarvo (avel), jota käytetään ajastussignaalin ohjearvona ajastusvirheitä kom pensoitaessa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen käsittelyvaiheen vertailua varten muodostetaan jos-niin-päätöstaulukko, johon en- 25 simmäiset päätösparametrit muodostetaan paikkatietosignaalijoukon (n kpl maxpos) nimellisarvojen summasta (ave = nx nom) ja toiset päätösparametrit sopivasti valituista kokonaisluvuista (an, bn), joiden ensimmäisten ja toisten parametrien erotuksista (ave - an, ave - bn) muodostetaan varsinainen päätösparametri, johon summattuja paikkatietosignaalin arvoja (sum) verrataan ja vertailun perusteella valitaan vä-30 lisignaalin arvo (ot, op).

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että välisig-naalin (op) muodostetaan kumulatiivisesti summaamalla siihen aikaisemmin laskettu välisignaali (op = op + ot). 35

5. Patenttivaatimuksen 2, 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että väli-signaalien (ot, op) peräkkäisestä joukosta erotetaan aina järjestyksessä D:s (D=2, 3, 4,...) välisignaali, jota käsitellään toisessa käsittelyvaiheessa. 111582

6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 2-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisessa käsittelyvaiheessa laskettu keskiarvo (avel) skaalataan jakamalla se edullisimmin sopivalla luvulla (sca) ja näin saatua korjattua keskiarvoa (corr) käytetään korjaussignaalina ajastusvirheitä kompensoitaessa. 5

7. Piirijärjestely matkaviestimen, erityisesti digitaalisen matkaviestimen, sisäisten ajastusvirheiden kompensoimiseksi, jolloin piirijärjestelyyn kuuluu: korrelaation (8), jonka avulla määritetään sinänsä tunnetusti estimoidusta kanavan impulssivasteesta signaalinäytteet, jotka sisältävät maksimaalisesti energiaa ja näi- 10 den maksimaalisten signaalinäytteiden paikkatietosignaalit (maxpos), tunnettu siitä, että piirijärjestelyyn kuuluu ajastusyksikkö (6), jossa peräkkäisten paikkatietosignaa-lien (maxpos) avulla määritetään korjaussignaali, joka osoittaa matkaviestimen ajas-tusvirheen suuruuden ja suunnan ja jonka avulla matkaviestimen, ja erityisesti sen kellojärjestelyn, ajastus tarkistetaan ja tarpeen vaatiessa oikea-aikaistetaan. 15

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen piirijärjestely, tunnettu siitä, että ajastusyk-sikköön (6) kuuluu kaksi suodinyksikköä (14, 15), johon ensimmäiseen suodinyk-sikköön (14) kuuluu n-asteinen siirtorekisteri (20), summain (21) ja päätösyksikkö (22) ja toiseen suodinyksikköön (15) kuuluu m-asteinen siirtorekisteri (23) ja keski- 20 arvoistaja (24, 25).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen piirijärjestely, tunnettu siitä, että päätösyk-sikköön (22) on muodostettu ensimmäisen käsittelyvaiheen vertailua varten jos-niin-päätöstaulukko (22a), johon ensimmäiset päätösparametrit muodostetaan paikkatie- 25 tosignaalijoukon (n kpl maxpos) nimellisarvojen summasta (ave = nx nom) ja toiset päätösparametrit sopivasti valituista kokonaisluvuista (an, bn), joiden ensimmäisten ja toisten parametrien erotuksista (ave - an, ave - bn) muodostetaan varsinaisen pää-tösparametri, johon summattuja paikkatietosignaalien arvoja (sum) verrataan ja vertailun perusteella valitaan välisignaalin (ot) arvo. 30

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen piirijärjestely, tunnettu siitä, että pää-tösyksikköön (22) kuuluu summain (22b), jonka avulla välisignaali (op) muodostetaan kumulatiivisesti summaamalla siihen aikaisemmin laskettu välisignaali (op = op + ot). 35

11. Patenttivaatimuksen 8, 9 tai 10 mukainen piirijärjestely, tunnettu siitä, että ensimmäiseen suodinyksikköön (14) kuuluu erotin (18), jonka avulla korjaussignaalin 111582 arvojen peräkkäisestä joukosta erotetaan aina järjestyksessä D:s (D=2, 3, 4, väli-signaali (ot, op), jota käsitellään toisessa käsittelyvaiheessa.

12. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 7-11 mukainen piirijärjestely, tunnettu 5 siitä, että toiseen suodinyksikköön (15) kuuluu skaalain (19), jonka avulla keskiar-voistajalta (24, 25) saatu keskiaivo (avel) skaalataan jakamalla se edullisimmin sopivalla luvulla (sca) ja näin saatua korjattua keskiarvoa (corr) käytetään korjaussig-naalina ajastusvirheitä kompensoitaessa.

10 Patentkrav