SE503786C2 - Förfarande för bestämning av tidsläget för en periodiskt återkommande signal - Google Patents

Description

15 20 25 30 505 786 å' sändare och mottagare använder man sig ofta av synkronise- ringsord som återkommer med en viss periodicitet som beror på den enskilda tillämpningen. bestå av allt från enkla bitar eller pulser via symboler Synkroniseringsord kan till större synkroniseringsord med ett flertal symboler.

Under normala förhållanden är sändare och mottagare någorlunda synkroniserade och det behövs endast en enklare följfunktion, till exempel i form av ett följefönster som finner det exakta läget av synkroniseringsorden för att på så vis se till att hela överföringskedjan är synkroniserad.

Under vissa förhållanden kan man förlora synkroniseringen så mycket att ett följefönster ej längre klarar av att finna läget av synkroniseringsorden. Man kanske i detta sammanhang också råkar ut för reflektioner av signalen vilket ytterligare försvårar möjligheterna att hitta rätt synkroniseringsord. Man förlorar då synkroniseringen i överföringskedjan och en överföring av information blir i dylika fall helt omöjlig. Dylika förhållanden kan till exempel uppstå när ett byte av bastationer sker, det vill säga när man övergår från en basstation som man är synkro- niserad med till en annan basstation.

Normalt kan man hitta tidsläget av signalen genom att skapa ett fönster kring området där man förväntar sig signalen.

I en radar vet man emellertid ej var signalen kan förväntas och i en kommunikationssignal blir det besvärligt när man tappar bort synkroniseringsorden det vill säga man tappar synkroniseringen.

Ett sätt att separera mål och störningar i en radar är beskrivet i det amerikanska patentet US 4,649,394. Där beskrivs en metod som bestämmer olika, lämpliga trösklar genom att skapa olika medelvärden av signalerna i målets omgivning för att därigenom separera mål och störningar.

Denna metod beskriver ej hur man bestämmer tidsläget hos 10 15 20 25 30 503 786 3 godtyckliga cykliska funktioner, metoden verkar heller inte vara tillämplig i något annat område än radar.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ett ändamål med föreliggande uppfinningen är därför att ange ett förfarande som på ett enkelt sätt löser problemet med tidslägesbestämning av godtyckliga periodiska signa- ler/funktioner utan att komplicerade aritmetiska operatio- ner behöver utföras.

Ytterliggare ett ändamål med föreliggande uppfinning är att ange ett förfarande medelst vilket man inom kommunikations- området på ett enkelt sätt kan beräkna läget av synkronise- ringsord i en periodisk signal för att på så sätt återfå synkroniseringen mellan sändare och mottagare för att kunna överföra information på ett tillförlitligt vis. Ännu ett ändamål med föreliggande uppfinning är att ange ett förfarande medelst vilket man kan vara oberoende av beräkning och användning av olika tröskelvärden.

Nämnda ändamål uppnås medelst förfarandet enligt upp- finningen genom att värden lagras j. en buffert. Dessa värden kan antingen utgöras av trösklade signalvärden/- detekteringar från till exempel en radarmottagare eller de- tekteringar från till exempel en korrelator. Storleken på bufferten motsvarar en period hos den sökta signalen. En nollposition definieras i bufferten på ett ställe med få eller inga signalvärden/detekteringar. Utgående från denna nollposition beräknas ett medianläge i bufferten med hänsyn till signalvärdena/detekteringarna i bufferten. Detta medianläge utgör ett läge från vilket man beräknar signa- lens tidsläge med en större sannolikhet. Detta görs med hjälp av en viktad medelvärdesbildning kring medíanläget, 10 15 20 25 503 786 där det viktade medelvärdet utgör en justering från det medianläget.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med hänvisning till bifogade figurer i förklarande och inte på något vis begränsande syfte, där Fig. 1 illustrerar ett radarsvep på 360° Fig. 2 illustrerar en minnesbuffert bestående av k celler med en sammanlagrad/integrerad signalamp- litud Fig. 3 illustrerar en minnesbuffert enligt föreliggande uppfinning.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Föreliggande uppfinning anger ett förfarande för bestämning av läget för en periodiskt återkommande signal med en signalstyrka där lägesbestämmningen sker i ett antal steg.

Först sammanlagras värden som är relaterade till den periodiska signalen över ett antal perioder i en buffer.

Därefter detekteras ett område med lägsta sammanlagrade värden i bufferten för bestämning av en nollposition. Ett medianläge bestäms utgående från nollpositionen och därefter beräknas läget hos den periodiska signalen med hjälp av det bestämda medianläget.

För att förtydliga förfarandet enligt föreliggande upp- finning, skall några exempel på dess tillämpning i det följande beskrivas i anslutning till figurerna 1 till 3. 10 15 20 25 30 503 786 5 Ett första exempel visar hur lägesbestämningen av synkroni- seringsorden i ett mobiltelefoniexempel görs enligt för- farandet enligt föreliggande uppfinning. Detta sker genom användning av en buffert. Denna buffert har en storlek som motsvarar en period av den periodiska signalen med synkro- niseringsorden, och består av ett antal celler, där antalet celler bestämmer lägesupplösningen. I dessa celler samman- lagras resultaten från en korrelator under ett antal perioder. Denna korrelator utför till exempel en bitvis korrelering av den mottagna signal, som innehåller synkro- niseringsorden, med ett referenssynkroniseringsord. Man kan exempelvis per period endast ta det tidsläge som korrelatorn indikerar som högsta sannolikhet för synkro- niseringsordets läge och sammanlagra denna indikering/- detektering på motsvarande ställe i bufferten.

Efter ett antal perioder av sammanlagringar definerar man en nollposition i bufferten på en plats/tidsläge med inga eller få sammanlagringar/detekteringar. Utifrån denna nollposition beräknas ett medianläge i bufferten med hjälp av alla värden/detekteringar i bufferten. Det vill säga en position där summan av alla värden/detekteringar i cellerna från den definierade nollpositionen fram till positionen är lika med summan av värdena/detekteringarna i resten av cellerna. Detta medianläge befinner sig nu under vissa förutsättningar inom ett område som synkroniseringsorden uppträder i.

För att kunna beräkna ett läge som har större sannolikhet att vara exakt, och för att sedan kunna följa synkronise- ringsorden beräknar man en justering från medianläget.

Denna justering beräknas som ett viktat medelvärde av signalvärdena/detekteringarnaj.cellerna kring det beräkna- de medianläget. 10 15 20 25 30 503 786 Den efterföljande följningen av tidsläget av synkronise- ringsorden i den periodiska signalen omfattas ej av före- liggande uppfinning.

Ett andra exempel beskriver hur måldata i ett radarsystem kan lokaliseras med förfarandet enligt föreliggande uppfinning. Från en radarmottagare erhålles vanligtvis elektriska periodiskt återkommande signaler, precis som från en korrelator. Dessa härör exempelvis från ett radarsvep på 360°, se figur 1, där man i en viss riktning får ett måleko (10) vars läge skall bestämmas. Signalerna kunde lika gärna vara optiska eller av något annat slag.

Signalerna i en radarstation är oftast trösklade, det vill säga endast signaler vars signalstyrka överskrider en viss nivå accepteras. Eftersom signalen är periodisk integre- ras/sammanlagras ett antal perioder i en buffert med en storlek som motsvarar en period, för att få ett bättre signal/brus-förhållande. Resultatet av integrering- en/sammanlagringen kan illustreras av figur 2 som visar ett exempel på innehållet i bufferten (21) med den sökta signalen (22) efter integrering/sammanlagring där Y-axeln (20) representerar sammanlagrad/integrerad signalamplitud.

Varje position i bufferten (21) svarar mot den tillgängliga upplösningen och kan i en radartillämpning motsvara vinkelelement eller avståndselement och i kommunikations- fallet tidselement.

I figur 2 innehåller bufferten (21) k positioner/celler vilket motsvarar signalens period. Vanligtvis låter man bufferten bestå av en så kallad cirkulär buffert eller en länkad lista som exempelvis är sorterad efter positioner.

Värdena i denna buffert kan vara heltal och kan exempelvis ses som ett antal tröskelöverskridanden (detekteríngar) i en viss position under en viss integrationstid. Givetvis kan man utforma bufferten på många olika sätt, den kan till exempel vara digital eller analog eller en blandning av 10 15 20 25 30 503 786 analogt och digitalt. Det senare kan till exempel utformas med hjälp av ett CCD (Charge Coupled Device) minne.

Buffertens utförande beror delvis på den typ av signaler som skall behandlas och delvis på tillgänglig och kommersi- ellt gångbar teknik. Är bufferten av en helt digital typ kan givetvis alla integreringar utföras som summeringar.

Detta underlättar de nödvändiga beräkningar som behöver göras och dessa kan då utföras med hjälp av enkla digitala kretslösningar. Dekonventionelkasynkroniseringsmetoderna är ofta svåra att realisera med enkel digital hårdvara. I ett mera flexibelt system kan dessa beräkningar utföras med hjälp datorteknik till exempel i form av en digital signalprocessor som lämpligen använder sig av länkade listor för att lagra de värden som representerar den periodiska signalen.

Utgående från att de integrerade/sammanlagrade signalvär- dena/detekteringarna befinner sig i buffertens celler omfattar förfarandet följande steg med referenser till figur 3 där Y-axeln (30) representerar sammanlagrad/in- tegrerad signalamplitud i minnes bufferten (31): I ett första steg letar man upp ett område (34) som ej befinner sig inom den önskade signalens utbredningsområde.

Detta är ett område med få eller inga signalvärden/detekte- ringar. Någonstans i detta område definieras en nollposi- tion (35). uppstå om den önskade signalen (32) befinner sig kring Ozte och/eller (k-1):te positionen i bufferten, vilket ger höga signalvärden (många detekteringar) i minnesbuffertens båda ändar. Detta kan sedan påverka det andra steget negativt.

Denna operation löser det problem som kan I ett andra steg bestäms med utgångspunkt av den definie- rade nollpositionen, medianpositionen (36), det vill säga den position framåt i bufferten där den löpande summan av signalvärden/detekteringar i bufferten är lika med halva 10 15 20 25 505 786 8 totalsumman av alla signalvärden/detekteringar'i bufferten.

Om föregående steg, som definierar nollpositionen (35), ej existerade; kan problem uppstå om den önskade signalen (32) befinner sig kring minnesbuffertens ändar, detta ger då höga signalvärden (många detekteringar) i dessa båda ändar.

Detta kunde i sådana fall påverka detta steg att beräkna medianläget som någonstans i buffertens mitt. I en radar- tillämpning, där buffertens längd kan motsvara ett 360° svep, innebär detta ett fel på upp till 180% I ett tredje och sista steg förbättras noggrannheten genom att en viktad medelvärdesbildning med avseende på medianpo- sitionen (36) utförs på detekteringarna i exempelvis ett område som motsvarar signalens förväntade utbredning (33).

Detta värde bildar en förskjutning till medianpositionen (36) varigenom nyttosignalens tidsläge kan bestämmas mera noggrant genom att addera denna förskjutning till medianpo- sitionen. Förskjutningen kan vara både positiv och negativ. Denna förskjutning kan exempelvis beräknas på följande sätt: k n 23,: Vmixi FQRSKJUTNING= k 1' k 7 V .+ 7 V F; m -3 |=| m+| Där: k=signalens förväntade utbredning i antal celler W=sammanlagrade signalvärden i i:te positionen i bufferten m=medianläges positionen i bufferten i,j,1 = summeringsvariabler Detta grundförfarande fungerar då önskad nyttosignal ger upphov till minst hälften av de sammanlagrade signalvär- 10 15 20 25 503 786 dena/detekteringarna inom hela bufferten. Skulle så ej vara fallet kan medianläget (36) i det andra steget hamna utanför den önskade signalens utbredningsområde. Detta leder sålunda till att följande steg ej kommer att ge rätt lösning.

En vidareutveckling av uppfinningstanken är att låta total- summan av signalvärdena/detekteringarna i bufferten divideras med N där N=2,3,4,...n, det vill säga ett heltal större än 1, i det andra steget. Vid t.ex. N=3 får man fram två positioner i bufferten som kandidater till nyttosignalens position. Av dessa två väljs den position där resultatet av en summering/integrering av signalvärde- na/detekteringarna kring respektive position inom ett område som motsvarar signalens förväntade utbredningsom- råde, är som störst.

Detta utökade förfarande kräver att den önskade nyttosigna- len ger upphov till det enskilt största sammanlagrade värdet av de sammanlagrade signalvärdena/detekteringarna.

I de beskrivna utföringsformerna används digitaliserade och tidsdiskretiserade signaler men givetvis kan även tids- kontinuerliga analoga signaler bearbetas. Givetvis så får man i sådana fall använda sig av motsvarande analoga be- räkningsmetoder.

Uppfinningen är ej begränsad till de ovan nämnda utförings- formerna utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Claims (12)

503 786 10 15 20 25 30 /0 PATENTKRAV

1. Förfarande för bestämning av tidsläget för en periodiskt återkommande signal med en signalstyrka, kännetecknat därav, att lägesbestämmningen sker i följande steg: (A)- sammanlagring av värden (32) över ett antal perioder i. en buffert (31), vilka värden är relaterade till den periodiska signalens signal- styrka, (B)- detektering av ett område (34) med lägsta sam- manlagrade värden i nämnda buffert, (C)- bestämning av en nollposition (35) i nämnda detekterade område i nämnda buffert, (D)- bestämning av ett medianläge (36) i nämnda buf- fert med de sammanlagrade värdena utgående från nämnda bestämda nollposition i nämnda buffert och (E)- beräkning av läget hos den periodiska signalen med hjälp av nämnda bestämda medianläge.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att nämnda buffert (31) består av en cirkulär buffert med en storlek motsvarande en period av nämnda periodiska signal.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat därav, att bestämningen av medianläget (36) bestäms som det läge där integralen av nämnda sammanlagrade värden från den bestämda nollpositionen (35) är lika med halva integralen av nämnda sammanlagrade värden över hela nämnda buffert (31).

4. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat därav, att bestämningen av medianläget (36) sker genom att först beräkna N-1 lägen, där N är ett heltal större än 2, där in- 10 15 20 25 30 503 786 l/ tegralen av nämnda sammanlagrade värden från den nämnda bestämda nollpositionen (35) till dessa N-1 lägen är lika med. multiplar' av' en Nzte del av integralen av' nämnda sammanlagrade värden över hela nämnda buffert (31) och där- efter, bland dessa N-1 lägen, välja det läge kring vilket integralen av nämnda sammanlagrade värden inom ett område som motsvarar signalens förväntade utbredningsområde (33), är störst.

5. Förfarande enligt patentkrav 3 eller 4, kännetecknat därav, att det beräknade läget av den periodiska signalen beräknas genom att en förskjutning adderas till nämnda medianläge (36), där denna förskjutning beräknas som ett viktat medelvärde med avseende på det nämnda medianläget och utförs på de nämnda sammanlagrade värdena i ett område som motsvarar signalens förväntade utbredning (33) runt det nämnda medianläget.

6. Förfarande enligt något av patentkrav 1-4, kännetecknat därav, att nämnda buffert består av ett antal diskreta positioner.

7. Förfarande enligt patentkrav 6, kännetecknat därav, att sammanlagringen av de värden som är relaterade till den periodiska signalen (32) sker i varje position i nämnda buffert (31) som en summering av det antal detekteringar som finns i motsvarande position över ett antal perioder av den periodiska signalen, varvid en detektering finns i en position i en period om nämnda värde som är relaterat till den periodiska signalen i motsvarande position överskrider ett visst tröskelvärde.

8. Förfarande enligt patentkrav 7, kännetecknat därav, att nämnda integraler beräknas som summationer av de nämnda sammanlagrade värdena. 10 503 786 AL

9. Förfarande enligt något av patentkrav 1-4, kännetecknat därav, att den periodiska signalen är ett måleko som härrör från ett radarsvep.

10. Förfarande enligt något av patentkrav 1-4, kännetecknat därav, att den periodiska signalen är ett synkroniserings- ord i en kommunikationssignal.

11. Förfarande enligt patentkrav 10, kännetecknat därav, att värdena som sammanlagras härrör från en korrelator som korrelerar det periodiska synkroniseringsordet med ett referenssynkroniseringsord.

12. Förfarande enligt patentkrav 11, kännetecknat därav, att värdena, som härrör från korrelatorn, anger hur bra korreleringen är.