SE468266B - Foerfarande att synkronisera en radiomottagare till en inkommande radiosignal - Google Patents

Description

Iz. . 10 15 20 25 30 ON CO 266 utjämnare ingår i demodulatorn kräver denna ändå synkroniserings- signaler för sin funktion.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Den koherenta korreleringen av mottagen radiosignal har fördelen att kunna användas praktiskt taget oberoende av radiomediets dispersionsegenskaper dvs även för stor spridning av reflekterade och mottagna radiosignaler. Koherent korrelering av den inkom- mande och demodulerade radiosignalen ger en uppskattning av radiokanalens impulssvar för den tidlucka där synkroniseringsor- det befinner sig. Synkroniseringsordet benämnes ibland "tränings- sekvens". Detta förutsätter dock att korrigering har skett för eventuellt frekvensfel som kan ha uppstått vid radiosignalens utbredning från sändare till mottagare, beroende på dopplerskift under radiotransmission till en rörlig mottagare eller om mottagarens syntetiseringsfrekvens avviker från sändfrekvensen.

Om ett stort frekvensfel har inträffat fungerar ej metoden med koherent korrelering. Frekvensfelet måste därför detekteras i radiomottagaren och kompenseras innan korrelering sker.

Föreliggande uppfinning avser en annan metod att utföra kor- relering av den mottagna radiosignalen, s k differentiell korrelering.

Enligt denna metod utnyttjas egenskaperna vid demoduleringen av radiosignalen för att bilda en differentiell signal mellan ett detekterat symbolvärde och ett närmast föregående eller efter- följande symbolvärde dels i den mottagna radiosignalen och dels i det kända synkroniseringsordet, som finns lagrat i radiomot- tagaren. Efter korrelationen fås en signal vars absolutbelopp anger ett tidsläge som är lika med det önskade synkordets tidposition.

Förfarandet är därvid kännetecknat så patentkravets 1 kännetecknande del. som det framgår av 10 15 20 25 :f'3o ß 468 266 Förfarandet enligt uppfinningen kan även utnyttjas för att ur den erhållna korrelationsfunktionen uppskatta frekvensfelet, och är därvid kännetecknat så som det framgår av patentkrav 3.

Fieunrönwncxnine Uppfinningen skall närmare beskrivas med.hänvisning till bifogade ritningar där figur 1 schematiskt visar en radiosändare och en radiomottagare: figur 2 visar en radiokanal med åtta tidluckor och schematiskt innehållet i en tidlucka vid överföring mellan radiostationerna enligt figur 1; figur 3 åskådliggör flervägsutbredning; figur 4 åskådliggör tidsdispersion; figur 5 visar i ett blockschema närmare de mottagningsenneter i en radiostation där förfarandet enligt uppfinningen tillampas.

Uwröninesronunn Figur 1 visar allmänt två radiostationer 1 och 2 vilka utsanler och mottar radiosignaler, dvs radiostation 1 mottar och detek- terar utsända radiosignaler från radiostation 2 och vice versa.

Förfarandet enligt uppfinningen kan tillämpas i både staficn 1 och 2 vid mottagning av radiosignaler. Speciellt kan rad::s:at;;n 1 vara en basstation och radiostation 2 vara en mobil sta!;:r av ett flertal mobila stationer.

De radiosignaler som utväxlas mellan station 1 och sta:.'r ; 1: radiofrekventa, basbandsmodulerade signaler vilka ar :.;;a;;- delade enligt TDMA-principen. Sändningen och mottagnínqfn :vrf radiokanalerna är uppdelade med ett visst duplexavstånd 1 rara: och tidluckor enligt figur 2 så att en ram har en viss varak- tighet och innefattar exempelvis 8 'tidluckor 'vardera med en varaktighet av ca 1 ms om en ram har varaktigheten 8 ms. Av radiokanalerna används en eller ett litet antal för att fràn basstationerna samordnat styra och utsända allmän information till mobilstationerna. I mitten av datameddelandet D finns en synkroniseringsdel SO, vilken innehåller ett synkroniserings- 10 15 20 25 30 35 QN C-'O .ass 4 mönster So(i), där i anger antalet symboler. Synkroniseringsdelen So kan även vara placerad i början av datameddelandet D. Syn- kroniseringsdelen har ett bitmönster som är känt både i sändare och mottagare och är samma för en viss tidlucka i återkommande ramar, dvs tidlucka CH2 har samma bitmönster i sitt synkroni- seringsord i nästpâföljande ramar. Synkroniseringsmönstret so (i) kan förutom att användas för att uppskatta tidsdispersionen, även användas för att synkronisera demodulatorn i mottagningsdelen hos en radiostation skur för skur i tidluckorna CHO-CH7.

Figur 3 visar det fall att radiostationen 1 är en basstation B och radiostationen 2 är en 'mobil station M. Basstationen B utsänder radiovågor över en viss kanal till mobilstationen M i TDMA enligt figur 2. Radiovågor i en viss riktning reflekteras mot ett fast eller rörligt hinder, medan andra vågor utbreder sig obehindrat fram till mobilen M där de mottas. Flervägsutbred- ningen enligt figur 3 ger upphov till fädning som kan vara av olika slag. Om tidsskillnader mellan mottagna vågor är kon- centrerade till ett tidsintervall som är betydligt mindre än bittiden Tbit (se figur 4) uppstår s k flat fädning. Om tids- skillnaderna är större uppstår två eller flera separerade vågor som vardera har mer eller'mindre oberoende fädning. Denna fädning ger upphov till en varierande amplitud och fas vid mottagningen.

En koherent demodulator' i mottagaren tvingas av' mottagarens utjämnare att följa denna fasändring. Genom att utsända en känd sekvens so(i) i ovanstående synkroniseringsdel So kan fasläget bestämmas entydigt. Om kanalen ej varierar för snabbt, dvs vid låg bithastighet behöver demodulatorn ej uppdatera informationen om den mottagna signalens fasläge under tiden för detektering av datameddelandet, men om bithastigheten är hög måste inställning av utbredningsparametrarna ske vid varje tidluckas start, samt i förekommande fall även under tidluckan.

Figur' 4 illustrerar hur en- utsänd impuls från sändaren i basstationen B mottas i mobilens mottagare M beroende på ovannämnda fädning. Man får som impulssvar två impulser I och II, av vilka I fördröjts tiden tl svarande mot utbredningstiden och impulsen II dämpad fördröjts ytterligare med tiden t2 på grund av 0) 10 15 20 25 30 35 468 266 reflexionen mot X enligt figur 3. Figur 4 visar endast ett tänkt fall för att åskådliggöra principen. I verkligheten fås i mottagaren s k intersymbolinterferens dvs en sammanlagring av pulserna I och II. Vidare har här antagits att impulssvaret består av endast tvâ impulser. I verkligheten fås ett inter- ferensmönster bestående av en.mängd reflekterande impulser. Figur 4 illustrerar emellertid s k tidsdispersion dvs en utsänd impuls ger vid flervägsutbredning upphov till ett antal tidsmässigt förskjutna impulser (i figur 4 endast två, nämligen pulsen I och II). Av betydelse i detta sammanhang är bittiden Tbit, som, för att kanalen skall kunna betraktas som fri från tidsdispersion, bör vara så lång att pulsen II av betydelse faller inom Tbit- intervallet, dvs tz-tl< bitfel pà grund av ovannämnda intersymbolinterferens. Genom att använda låga symbolhastigheter dvs Tsymbol relativt stort (hast <25 kband/s) eller med användning av utjämnare kan tidsdisper- sionens inverkan minskas.

Om tidsdispersionen enligt ovan är sådan att reflekterade pulser II av betydelse uppträder inom ett mycket begränsat intervall t2_t (exempelvis <10 us) är det ej nödvändigt att använda koherent korrelation, vilken enligt ovan är beroende av radiosig- Enligt föreliggande uppfinning används istället s k differentiell korrelation för detta fall, varvid samtidigt uppskattning fås för frekvensfelet. nalens frekvensfel vid mottagningen.

Efter det att frekvensfelet har uppskattats, kan man kompensera för detta i RF/IF-demodulatorn och därefter vid behov övergå till koherent korrelation.

Figur 5 visar närmare mottagningsdelen hos radiostationen 2 enligt figur 1 där förfarandet enligt uppfinningen utnyttjas.

Den från mottagarantennen 21 mottagna radiosignalen tillförs en förstärkningsenhet 22 och därefter en RF/IF-demodulator 23. Från demodulatorn 23 fås en basbandssignal som är en analog signal och som representerar utsänt dataflöde (datasymboler) modulerade enligt ett visst modulationsschema, exempelvis fasskiftsmodule- rade QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). -lm O'\ 10 15 20 25 CO h.) ('J\ Cm I enheten 24 sker sampling och analog digitalomvandling och man får en digital signal y(n), som representerar en fasskifts- modulerad basbandsignal, och som tillförs den efterföljande demodulatorn 25. För att denna korrekt skall kunna utföra demoduleringen erfordras en synkroniseringssignal eller måste denna vara synkroniserad till den utsända fasskiftsmodulerade basbandsignalen från sändaren. Signalen y(n) tillförs därför en korrelator som utför en differentiell korrelation mellan den mottagna signalen y(n) och det synkroniseringsord med känt synkroniseringsmönster s°(i) som utsändes från sänddelen hos radiostationen 1 enligt figur 1. Det kända synkroniserings- lmönstret s°(i) är lagrat i mottagarens synkordgenerator.

Ur det kända synkroniseringsmönstret fås motsvarande signal sO(i) och i korrelatorn 26 bildas en differentiell signal As(i) = s°(i+1) so*(i) där so(i+l) är den (i+l):a symbolen i synkroniseringsmönstret So(i) och so*(i) är komplexkonjugatet av s°(i). Om det antas att je. s°(i) = Ai- e 1 . _ _ -je. så är So*(l) _ Ai e 1 där Ai är amplituden och Gi fasen för den izte symbolen. j9i+1 H Om so(i+l) = Ai+l ~ e sa ar j(°i+1'9i) j^9i+1 AS (1+1) = Ai ~ Ai+l - e = Ai - Ai+1 - e ' vilket innebär att As(i+1) representerar den vinkeländring som skett vid modulationen av sO(1) och s°(i+l). Ai, Gi och Ai+l,6i+1 representerar och A6i+l den vinkeländring (positiv eller negativ eller noll) som skett vid fasskiftsmodula- tionen (exempelvis QPSK). signalpunkterna få' d» 10 15 20 2 25 30 7 468 266 På samma sätt bildas i korrelatorn 26 ur den mottagna signalen y(n) en differentiell storhet Ay = y y* <1-u) där * . n . . . y (1-u) ar komplexkonjugatet av y(1-u) och u = en uppsamplings- faktor som för enkelhets skull kan sättas = 1.

Den differentiella korrelationen utförs i korrelatorn 26 genom att bilda k+L-1 ¿ . * . r(n) =L 2 AS(1) - Ay (n+1) i=k om uppsamplingsfaktorn u = 1, där L är antalet symboler i synkroniseríngsdelen SO och k=0 om hela synkroniseringsdelen används vid korrelationen. Om uppsamplingsfaktorn u väljes >1 (översampling) fås bättre precision vid samplingen av den mottagna och demodulerade signalen i A/D-omvandlaren 24.

Den differentiella korrelationen innebär således att man bildar produkten av den differentiella storheten AS(i) ur det kända synkroniseringsmönstret S°(i) för varje signalpunkt (symbol) och komplexkonjugatet av den differentiella storheten Ay (n+i), där Q anger tidsläget för samplet av y(n) och l tidsläget för en viss symbol i synkroniseringsmönstret So(i).

Den bildade korrelationsfunktionen r(n) för varje sampel i signalen y(n) har ett absolut maximivärde |r(n)|max för ett visst värde på n vilket anger det önskade tidsläget för den synkronise- ringspuls som skall aktivera demodulatorn 25, dvs lr(n) Imax ringspulsen. Ur funktionen r(n) fås = r(n°), där no anger tidsläget för synkronise- även uppskattning av frekvensfelet genom att bilda arg [r(n)]. Närmare bestämt gäller för frekvensfelet Af att 1 Af = arg [r(no)] - 2¶TS där no är den valda samplingstidpunkten och TS är symboltiden. .a }J U' \_1\ Oï PO Cm C\ Korrelatorn 26 utgörs av en signalprocessor av i och för sig känd typ som är programmerad att utföra beräkningarna enligt ovan. I beräkningsenheten 27 utförs beräkningen av |r(n)| max = r(n°) och beräkningen av arg [r(no)] på känt sätt ur r(n).

I mottagaren enligt figur 5 ingår ingen utjämnare i demodulatorn 5 och den erhållna synkroniseringssignalen |r(n0)| har endast tzll syfte att detektera rätt signalpunkt i den fasskiftsmodule- rade signalen y(n). Vidare tillförs värdet arg [r(no)] till FF IFmodulatorn för att denna skall kompensera för frekvensfelet 5! enligt ovanstående samband. Emellertid kan en ytterligare demodulator vara anordnad i mottagaren enligt figur 5 (ej visad) så som är visat och beskrivet i den inledningsvis nämnda svenska patentansökan. Det är därvid.möjligt att inkoppla demodulatorn 25 utan utjämnare och utföra en differentiell korrelering, för att kompensera för frekvensfelet. Därefter bortkopplas denna demodulator och inkopplas en demodulator med utjämnare, varvid koherent korrelering utförs på förut känt sätt. f)

Claims (3)

10 15 20 10 q 468 266 PÄTENTKRAV

1. Förfarande att synkronisera en basbandsdemodulator (25) i en radiomottagare (2) till synkroniseringsdelen (s(i)) hos en till demodulatorn inkommande samplad basbandsignal (y(n)), vilken utsänds från en radiosändare (1) över ett radiomedium i form av skurar av vilka var och en upptar en viss tidlucka (CH2) av ett antal tidluckor (CHO-CH7) varvid radiomediet uppvisar tidsdispersion med begränsad spridning av fördröjda signaler (II) till mottagen radiosignal (I) och där var och en av tidluckorna innehåller en datadel (D) och en synkroniseringsdel (So) vilken innehåller ett känt bitmönster (s°(i)), k ä n n e t e c k n a t av att i radiomottagaren (2) utförs en differentiell korrelation av den mottagna basbandsignalen (y(n)) med det kända synkroniseringsmönstret (s°(t)) genom att bilda en differentiell signal ur ett detekterat symbolvärde och det tidsmässigt närmaste symbolvärdet av nämnda basbandsignal och synkroniseringsmönster och utföra en korrelation mellan de så erhållna differentiella signalerna (As (i), Åy inom en ram, (i)), vilken ger en tidsberoende korrelationsfunktion (r(n)), vars absolutbelopp beräknas och tidsläget (no) för maximivârdet av detta absolut- belopp detekteras för att finna tidsläget hos nämnda synkroni- seringsdel (s(i)) hos den mottagna signalen y(n)). k ä n n e't e c k n a t av att den differentiella korrelationen utförs genom att a) ur det kända synkroniseringsmönstret s°(i) bilda den differen- tiella storheten

2. Förfarande enligt patentkrav 1, A801) = s°(i+1).s°*(i), där sofli) anger komplexkonjugatet av s°(i), b) ur den mottagna signalen y(n) bilda motsvarande differentiella storhet Ay(i) = y(i).y*(i-u), där y* är komplexkonjugatet av y(i) och u är en uppsamplingsfaktor, samt att c) korrelera de båda differentiella storheterna As(i) och A (i) genom att bilda den tidsberoende korrelationsfunktionen enligt 10 15 20 25 O\ CT) /0 2556 k+L-1 r(n) =L 2 As(i) - A * (n+i.u) i=k Y

3. Förfarande att beräkna frekvensfelet i en till en radiomot- tagare (2) inkommande samplad basbandsignal (y(n)), vilken utsänds från en radiosändare (1) över ett radiomedium i form av skurar av vilka var och en upptar en viss tidlucka (CH2) av ett antal tidluckor (CHO-CH7) varvid radiomediet uppvisar tidsdispersion med begränsad spridning av fördröjda signaler (II) till mottagen radiosignal (I) och där var och en av tidluckorna innehåller en datadel (D) och en synkroniseringsdel (So) vilken innehåller ett känt fast bitmönster (s°(i)), k ä n n e t e c k n a t av att i radiomottagaren (2) utförs en differentiell korrelation av den mottagna basbandsignalen (y(n)) med det kända synkroníseringsmönstret (s°(t)) genom att bilda en differentiell signal ur ett detekterat symbolvärde och det tidsmässigt närmaste symbolvärdet av nämnda basbandsignal och synkroniseringsmönster och utföra en korrelation mellan de så erhållna differentiella signalerna (As(i), Ay(i)), vilken ger en tidsberoende korrelationsfunktion (r(n)), vars absolutbelopp beräknas och tidsläget (no) för maximivärdet av detta absolut- belopp detekteras, samt att korrelationsfunktionens komplexa argument (arg r(n)) beräknas för det detekterade tidsläget (no) varur frekvensfelet (Af) beräknas med hänsyn till samplingshas- tigheten (1/TS) av den i radiomottagaren (2) mottagna basbandsig- nalen. inom en ram,