SE517930C2 - Förfarande och anordning för initial synkronisering i ett kommunikationssystem - Google Patents

Description

517 930 2 synkroniseringsramar, d v s synkroniseringssymboler, med ett pseudoslumpmönster med kända frekvenser och faspositioner, samt kända tidsintervall i speciella tidluckor. Mottagaren utför ett antal FFT-beräkningar över den tidsposition där synkroniseringsramen beräknas ligga. För varje FFT-beräkning görs i. frekvensplanet en korskorrelationsberäkning med den frekvensfunktionen av kända synkroniseringsramen.

Korrelationsmaximum detekteras, vilket bestämmer tidluckan som innehåller synkroniseringsramen.

I det amerikanska patentet US 4,849,989 anges en mottagare i ett datamodem. Modemet har ett IIR-filter och utsignalen från detta filter utvärderas för att detektera mottagande av en initial sekvens av träningssymboler. En DFT-beräkning över träningssekvensen utföres för att återvinna samplingstakten.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Problemet med att skicka ut synkroniseringssymboler med kända intervall är att tid därigenom tas upp då data hade kunnat sändas istället. Dessutom krävs det ett komplicerat förfarande med korskorrelationsberäkningar för att kunna detektera och analysera synkroniseringssymbolerna.

Syftet med föreliggande uppfinning är att lösa ovanstående problenn genonl att före en datasändnings början skicka ut träningssymboler. Träningssymbolerna omfattar vardera minst en period av en pilotton och sänds med l80° fashopp mellan varje symbol. Användandet av denna enkla träningssymbol gör det enkelt att detektera symbolens början och slut. En FFT (Fast Fourier Transform) noll beräknad över en symbols längd ger nämligen värdet vid maximalt fel läge, d v s med fashoppet mitt i beräkningen, samt maximum/minimum vid idealt läge, d v s mittemellan två fashopp. Enklaste metoden är förmodligen att leta efter var FFT-beräkningen ger noll och sedan förflytta sig en halv symbol. 10 15 20 25 517 930 3 En fördel med föreliggande uppfinning är att symboltakten kan återvinnas på ett snabbt och enkelt sätt redan innan en datasändning börjar. Under sändningen kan det sedan räcka känd något att använda någon samplingstaktsåtervinningsmetod som låser håller man automatiskt symboltakten. eftersom om man har samplingstakten så En annan fördel är att det uppfinningsenliga förfarandet är lätt och billigt att implementera.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med hjälp av föredragna utföringsformer och med hänvisning till bifogade ritningar.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar ett blockschema över ett känt system för multibärvågsmodulering Figur 2a visar ett tidsschema över återvinningen av symboltakt enligt uppfinningen.

Figur 2b visar ett tidsschema över resultatet av FFT- beräkningarna enligt figur 2a.

Figur 3 visar ett blockschema över en utföringsform av återvinningen av symboltakt enligt uppfinningen.

Figur 4a, 4b och 4c visar tidsscheman över återvinningen av samplingstakt enligt uppfinningen.

Figur 5 visar ett blockschema över en utföringsform av återvinningen av samplingstakt enligt uppfinningen.

FÖREDRAGNA UTFöRmGsFommR Mnltibärvågsmodulering I figur 1 visas schematiskt hur de viktigaste delarna i ett känt system för multibärvågsmodulering kan se ut. I en 10 15 20 25 30 517 930 4 sändare 1 utförs modulering av databitar, som t ex kan härröra från en digitalt kodad videosignal.

Bitarna som skall överföras kodas i sändaren 1 tal, som N komplexa varefter en Hermitsymmetri utförs i ett beräkningsblock 4. Då fås 2N komplexa tal med en symmetrisk realdel och en assymetrisk imaginärdel.

Därefter utförs en IFFT (Inverse Fast Fourier Transform - invers snabb Epuriertransform) i. en IFFT-beräkningsenhet 5 som modulering. Eftersom imaginärdelen blir noll kan den tas bort och kvar fås en reell signal som passerar en parallell- seriellomvandlare 6 och en digital-analogomvandlare 7.

Detta ger en summa av ortogonala bärvàgor eller toner, vars amplituder och faslägen bestäms av de ursprungliga komplexa talens belopp och faslägen. Dessa bärvàgor sänds sedan ut över en kanal 2 i tidsintervall/tidluckor och kallas symboler. konstanta I en mottagare 3 passerar data på motsatt sätt en analog- digitalomvandlare 8, en seriell-parallellomvandlare 9, samt en FFT-beräkningsenhet 10 (Fast Fourier Transfornx - snabb Fouriertransform) där en FFT utförs som demodulering. Detta ger 2N komplexa tal. På grund av symmetrin kan man slänga t ex den övre halvan av de 2N komplexa talen, varefter N komplexa tal återstår.

Slutligen används en utjämnare ll som kompenserar för dämpning och fasvridning genom, att multiplicera de olika talen med komplexa tal så att slutligen samma databitar fås ut som sändes från början.

Vid varje ny symbol blir det en diskontinuitet i bärvàgorna.

För att minska effekterna av detta kan man dessutom använda ett s k cykliskt prefix (ej visat i figuren). Detta innebär att man kopierar den sista delen av symbolen och sänder den precis före symbolens början. Detta gör att inverkan från 10 15 20 25 30 S17 930 5 diskontinuiteten hinner klinga av innan den egentliga symbolen börjar.

Symboltakt För att synkronisera sändaren 1 och nwttagaren 3 justeras enligt uppfinningen först samplingstakten så att sändaren 1 och mottagaren 3 samplar någorlunda samtidigt och så att det första samplet sonl tas är ungefär noll. Detta kommer att beskrivas längre fram.

Sedan skickas träningssymboler ut för att mottagaren 3 skall datasymboler Träningssymbolerna sänds lämpligen enbart ut i. sändningens veta var senare sända startar och slutar. början. Under sändningen kan det sedan räcka att använda någon känd samplingstaktsåtervinningsmetod, efterson1 onl man låser håller man automatiskt symboltakten. har något som samplingstakten så När både samplingstakt och symboltakt är återvunnen är sändaren 1 och mottagaren 3 synkroniserade och datasändningen kan börja.

I figur 2a visas en träningssymbol 15 som enligt uppfinningen används för att återvinna symboltakten.

Träningssymbolen 15 omfattar ett antal perioder av en detta fall för Denna träningssymbol 15 sänds ut med pilotton eller bärvàg, i illustrationens skull sex perioder. l80° fashopp för varje ny symbol, varför varannan symbol 16 blir inverterad.

För att detektera symbolpositionen utförs en serie av 13a, 13b, l3c tidsintervall av en träningssymbols längd enligt figur 2a tidsförskjutna FFT-beräkningar under eller på liknande sätt. Resultatet av FFT-beräkningarna 13a, 13b, l3c kommer då att variera ungefär som i figur 2b.

Maximum respektive minimum av resultatet i figur 2b nås när 10 15 20 25 30 517 930 6 FFT-beräkningen 14 i figur 2a görs exakt på en symbol respektive en inverterad symbol, d V s i det önskade läget.

Maximum eller minimum kan dock vara svårt att detektera.

Betydligt lättare är det då att detektera när FFT- beräkningen 13c ligger totalt fel för då blir resultatet noll. Det lämpligaste är därför att tidsförskjuta FFT- l3b, och därefter beräkningarna l3a, l3c tills ett värde någorlunda nära noll beräknas indikera symbolstart en halv symbol bort.

Märk att om cykliskt prefix används så måste man ta hänsyn till det. Beroende på åt vilket håll man vill förflytta sig för att hitta symbolstarten skall man antingen förflytta sig en halv symbol som vanligt eller också en halv symbol plus längden av det cykliska prefixet.

Ett exempel på hur en anordning för hur utföringsformen med att leta efter när FFT-beräkningen blir noll kan implementeras visas schematiskt i figur 3. De data som samplas i mottagaren skiftas successivt in i ett skiftregister 21 eller någon motsvarande uppställning av minnen. Därifrån läses med olika tidsintervall, som framgår nedan, parallella data motsvarande längden av en symbol till en beräkningsenhet 22, som utför en ETT-beräkning över de parallella data, låt säga 1024 punkter.

Resultatet från FFT-beräkningen läggs sedan i. ett register 23, varifrån data motsvarande den fashoppande pilottonens frekvens kan hämtas i en av minnespositionerna 23a.

Dessa data förs vidare till ett beräkningsblock 24. I detta block 24 tas lämpligen imaginärdelen av pilottonens frekvens fram för framtida justering till noll. byts Under varannan symbol tecken på imaginärdelen eller också görs bara beräkningar varannan symbol. Detta eftersom varannan symbol är inverterad. 10 15 20 25 30 517 930 7 Den så justerade imaginärdelen jämförs med ett tröskelvärde.

Om beloppet av den justerade imaginärdelen är mindre än eller lika med tröskelvärdet ger beräkningsblocket 24 ut ett kontrollvärde k son1 är noll, efterson1 fashoppet då ligger ungefär mitt i de data som FFT-beräkningen gjordes på.

Om ger beräkningsblocket 24 ut ett kontrollvärde k som lämpligen kan vara lika med antal sampel i en period av pilottonen, t ex fyra. Om à andra sidan den justerade imaginärdelen är mindre än minus tröskelvärdet ger beräkningsblocket 24 på motsvarande sätt ett kontrollvärde k som är, i detta fall, minus fyra.

Kontrollvärdet k går vidare till en räknare 25 som styr när beräkningsenheten 22 skall göra en ny FFT-beräkning. Om nu 1024, så där k är kontrollvärdet. antalet sampel är räknar räknaren 25 ner från lO23+k till noll, Detta gör att startpositionen för FFT-beräkningen successivt förskjuts tills dess fashoppet ligger ungefär mitt i de sampel som FFT-beräkningen gjordes på. Jämför de successiva FFT- 13b, symbol omfattar enbart 6*4=24 sampel för att det inte skall beräkningarna 13a, och l3c i figur 2a där dock varje bli för oöverskådligt i figuren.

Därefter behöver symbolstarten bara flyttas en halv symbol för att hitta optimalt läge för avläsningen av de data som sedermera kommer att skickas.

Samplingstakt Innan symboltakten ställs in bör samplingstakten ställas in.

Detta görs enklast genom att en av bärvàgorna används som pilotton, d v s en konstant ton sänds hela tiden, medan mottagaren låser mot denna.

I figur 4a-c visas ett exempel där sändaren sänder en pilotton med fyra sampel 2la, 2lb, 2lc, 2ld per period och 10 15 20 25 30 517 930 8 där mottagaren på samma 22b, 22c, sätt avläser pilottonen med fyra sampel 22a, 22d per period.

För att synkronisera sändaren och mottagaren tas nu i mottagaren vart fjärde sampel ut som ett första sampel, t ex sampel 22a. Samplingen av det första samplet 22a försöker mottagaren justera så att det tas vid pilottonens första nollgenomgång. Om det första samplet 22a är positivt förskjuts samplingen så att det första samplet 22a tas lite tidigare nästa gång, se figur 4a. Om å andra sidan samplet 22a är negativt förskjuts samplingen så att samplet 22a tas lite senare nästa gång, se figur 4b.

Det slutliga, önskade resultatet visas i figur 4c, där 2lb, 2lc, 2ld 22d sänds respektive tas ungefär alltså sändarens och mottagarens sampel 2la, 22a, 22b, 22c, samtidigt. samt Istället för pilottonen sänds sedan en fashoppande pilotton som beskrivits ovan. För att skall byta ut som träningssymboler mottagarens justering inte riktning varannan symbol låser mottagaren istället mot den fashoppande pilottonen. Detta sker förmodligen enklast genom att tecknet på det första samplet 22a justeras med tecknet på ett andra sampel 22b före eller efter det första samplet 22a, gärna på en kvarts periods avstånd. Det andra samplet 22b kommer att byta tecken varannan symbol, varvid en indikering fås på om det är en inverterad eller icke-inverterad pilotton som samplas.

I figur 5 visas schematiskt hur ovanstående kan åstadkommas i praktiken. I mottagaren finns en spänningsstyrd oscillator 31 (VCO - Voltage Controlled Oscillator) att ta ett som styr en analog- digitalomvandlare 35 första sampel 22a som tidsfördröjs i en fördröjningskrets 32, samt ett andra sampel 22b. Tecknet från det andra samplet 22b identifieras och “multipliceras” med det första samplet 22a i en 10 15 20 517 930 9 teckenkorrigerare 33. behövs Ingen riktig multplikation naturligtvis; det är bara att ändra tecknet om det behövs.

Teckenkorrigeraren 33 avger en kontrollsignal Q som passerar en digital-analogomvandlare 34 och sedan styr samplingen via oscillatorn 31 på det sätt som beskrivits ovan.

Givetvis kan man 22b. istället tidsfördröja det andra samplet Då får man istället på motsvarande sätt “multiplicera” det första samplet 22a med det omvända tecknet av det andra samplet 22b.

Under datasändningen Ovanstående förfarande fungerar som en “träning” innan data börjar sändas över. Man skulle naturligtvis kunna avbryta datasändningarna då och då med kända intervall för att skicka träningssymboler igen, men bättre är nog dock att använda någon känd samplingstaktsåtervinningsmetod t ex i frekvensdomänen, åtminstone om data skall skickas över koppartråd. Om man har något som låser samplingstakten så kommer man nämligen att hålla symboltakten automatiskt.

Tiden kan då utnyttjas för att sända datasymboler istället för träningssymboler.

Dessa frekvensdomänstekniker brukar vara långsammare än det ovanstående beskrivna förfarandet, men när data börjar symboltakt redan ställts in och inga större justeringar behövs således. sändas har någorlunda rätt samplingstakt och

Claims (11)

10 15 20 25 30 517 930 10 PATENTKRÄV

1. Förfarande för synkronisering av en sändare (1) och minst en mottagare (3) i flervàgsmodulerade kommunikationssystem, där FFT-teknik används för' modulering och demodulering av data som sänds mellan sändaren (1) och mottagaren (3), k ä n n e t e c k n a t av att följande steg innefattas: att sändaren (1) sänder ut synkroniseringssymboler (15, 16) i en sändnings början som träningssymboler (15, 16), att mottagaren (3) utför en serie av tidsförskjutna FFT- beräkningar under successiva tidsintervall av en synkroniseringssymbols längd över synkroniseringssymbolerna (15, 16) om var en synkroniseringssymbol tills ett resultat uppnås som kan ge en indikering (15, 16) startar, och att resultatet (3), används för justeringen av symboltakt i mottagaren sända ut 16). varefter sändaren (1) kan efter (15, datasymboler synkroniseringssymbolerna

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att synkroniseringssymbolerna (15, 16) vardera omfattar minst en period av en pilotton och att sändaren (1) sänder synkroniseringssymbolerna (15, 16) med l80° fashopp nællan varje synkroniseringssymbol (15, 16).

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att FFT-beräkningen avslutas när ett maximunx eller minimum är (15, 16) väsentligen sammanfaller med början av tidsintervallet. funnet, varvid synkroniseringssymbolens början k ä n n e t e c k n a t av att FFT-beräkningen blir (15, 16) början väsentligen sammanfaller med tidsintervallets mitt.

4. Förfarande enligt krav 2, FFT-beräkningen avslutas när väsentligen noll, varvid synkroniseringssymbolens 10 15 20 25 30 517 930 11

5. Förfarande enligt något av kraven 2-4, k ä n n e t e c k n a t av att före justeringen av symbol~ takten, justeras samplingstakt genom att mottagaren (3) låser mot en enkel pilotton som sänds från sändaren (1), och att under justeringen av symboltakten, justeras samplingstakten genom att mottagaren (3) låser mot den fashoppande pilottonen som sänds från sändaren (1).

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att efter att ett sampel har tagits vid nollgenomgång av pilottonen modifieras en kontrollsignal för läsningen mot den fashoppande pilottonen med tecknet av ett tidigare eller ett senare sampel.

7. Anordning för synkronisering i flervågsmodulerade kommunikationssystem, innefattande en sändare (1) och minst en mottagare (3), vilken sändare (1) innefattar en IFFT- beräkningsenhet (5) för modulering av data och vilken mottagare innefattar en FFT-beräkningsenhet (10) för demodulering av data k ä n n e t e c k n a d av att sändaren (1) är anordnad att sända ut synkroniserings~ symboler (15, 16) i en sändnings början som träningssymboler (15, 16), att mottagaren (3) är anordnad att göra en serie av tidsförskjutna FFT-beräkningar under successiva tidsintervall av en synkroniseringssymbols längd över (15, 16) sonx kan ge en indikering om 'var en synkroniseringssymbol (15, 16) synkroniseringssymbolerna tills ett resultat uppnås startar, varefter sändaren (1) kan vara anordnad att sända ut datasymboler efter synkroniseringssymbolerna (15, 16).

8. Anordning enligt krav 7 k ä n n e t e c k n a d av att (15, 16) period av en pilotton och att sändaren (1) synkroniseringssymbolerna vardera omfattar minst en är anordnad att 10 15 20 25 517 930 12 (15, 16) med 180° (15, 16). sända synkroniseringssymbolerna fashopp mellan varje synkroniseringssymbol

9. Anordning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att mottagaren (3) omfattar en FFT-beräkningsenhet (22) förbunden med ett skiftregister (21) för skiftning av samplade data och en räknare (25) för styrning av när FFT- beräkningsenheten (22) skall hämta samplade data från skiftregistret (21) för beräkning, samt ett register (23) för tillfällig lagring av' beräknade data, vilket register (23) är förbundet med ett beräkningsblock (24), vilket är förbundet med räknaren (25).

10. Anordning enligt något av kraven 8-9, k ä n n e t e c k n a d av att mottagaren (3) är anordnad att före justeringen av symboltakten, justera samplingstakt genom att låsas mot en enkel pilotton som sändaren (1) är anordnad att sända, och att mottagaren (3) är anordnad att under justeringen av symboltakten, justera samplingstakten genom att låsas mot den fashoppande pilottonen som sändaren (1) är anordnad att sända. k ä n n e t e c k n a d av att (31) (22a,

11. ll. Anordning enligt krav 10, mottagaren (3) omfattar en spänningsstyrd oscillator som är anordnad att styra ett tagande av tvà sampel 22b) vid olika tidpunkter, och en teckenkorrigerare som är anordnad att beroende (22a) avge en (33) av det ena samplet justerat med tecknet på det andra (22b) (31). samplet kontrollsignal (Q) som styr oscillatorn