WO2006063768A1 - Vorrichtung und verfahren zum bestimmen eines eintreffzeitpunktes einer empfangsfolge - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum bestimmen eines eintreffzeitpunktes einer empfangsfolge Download PDF

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WO2006063768A1
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correlation
sequence
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maximum
arrival
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PCT/EP2005/013302
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Günter Hofmann
Marco Breiling
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B1/707—Spread spectrum techniques using direct sequence modulation
    • H04B1/7073—Synchronisation aspects
    • H04B1/7075—Synchronisation aspects with code phase acquisition
    • H04B1/70751—Synchronisation aspects with code phase acquisition using partial detection
    • H04B1/70752—Partial correlation

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for determining a time of arrival of a receive sequence in a receiver, as they are used in particular for digital transmission systems.
  • the transmitter emits a digital signal known to the receiver.
  • the cross-correlated is calculated between the digital received signal and the known digital transmission signal.
  • FIG. 5 shows a time-ordered correlation sequence 414 calculated from a continuous correlation of a received signal with a transmit signal stored in the receiver.
  • the correlation peaks of the correlation sequence 414 shown in FIG. 4 indicate a match of the stored transmission sequence with the reception sequence.
  • the magnitude maxima of the correlation sequence 414 are detected and the arrival time point of the receive signal is determined from the position of the correlation magnitude maximum.
  • FIG. 5 shows two main maxima 422, 422 'for which a trigger signal indicating the arrival time of the receive sequence is set equal to 1. Another main maximum between the Maxima 422, 422 'is not taken into account for the calculation of the arrival time, since this maximum results from a multipath propagation.
  • the correlation magnitude maximum can be determined by determining the maximum of all correlation amounts in the specified range. Should be compared with a continuous signal, i. H. a stream of samples, a correlation magnitude maximum, then it must be judged consecutively whether or not the correlation amount just calculated represents a valid local maximum. In order to determine such a local maximum, a defined threshold value can be used, together with the rule that a correlation magnitude maximum is present when a correlation amount to be assessed exceeds the threshold value.
  • a determination of the arrival time depending on the main maximum value of a correlation sequence is inflexible and inaccurate, since there is no possibility of adaptation to a changing transmission channel.
  • the main maximum of a correlation sequence is sensitive to multipath propagation. This means that the subsequent paths strongly influence the maximum, shift its position and thus falsify the time of arrival.
  • the main peak is susceptible to noise. As a result, the arrival time of the reception sequence from the correlation magnitude maximum can only be determined very inaccurately, or an erroneous determination of the arrival time point can occur if a correlation magnitude maximum has been erroneously detected.
  • a synchronization between sender and receiver can fail or it can lead to an erroneous data transmission, if the synchronization can be carried out only inaccurate, because the exact arrival time of the receive sequence can not be determined.
  • This object is achieved by a device for determining a time of arrival according to claim 1, a method for determining a time of arrival of a receiving sequence according to claim 11 and a computer program for determining a time of arrival of a receiving sequence according to claim 12.
  • the present invention provides an apparatus for determining a time of arrival of a receive sequence in a receiver having the following features:
  • a correlation device that is configured to determine a correlation sequence from a correlation of the receive sequence with a transmit sequence, the correlation sequence having a peak shape with a main maximum and at least one local secondary maximum;
  • a processing device configured to determine a point of the correlation sequence lying in an interval bounded on one side by the local secondary maximum and on the other side by the tip shape, and designed to be dependent on the time of arrival to determine from the point.
  • the present invention further provides a method for determining a time of arrival of a receive sequence in a receiver, comprising the steps of: Determining a correlation sequence from a correlation of the receive sequence with a transmit sequence, wherein the correlation sequence has a peak shape with a main maximum and at least one local secondary maximum; and
  • the present invention is based on the finding that it is advantageous to carry out the determination of the arrival time of a receive sequence in a receiver not based on the main maximum of the correlation sequence but based on a point which is within an interval around the main maximum ,
  • the receive sequence may be part of a signal received by the receiver.
  • the time of arrival indicates the time at which the receive sequence arrived in the receiver or was detected by the receiver.
  • the Ein EconomicsZeit Vietnamese can be, for example, an absolute time information or a trigger time.
  • the point may be a value of the correlation sequence or a point located between two correlation values of the correlation sequence.
  • the use of a point within an interval around the main maximum is advantageous because such points are less sensitive to multipath propagation than the main maximum itself. This means that the subsequent paths affect such points less than the maximum. Likewise, points around the main maximum are more robust to the noise. This means that the arrival time can be determined more accurately using a point at an interval around the main maximum than using the main maximum itself.
  • the interval is arranged in time before the main maximum. This means that only points for the determination of the arrival time are used which correspond to correlation values which were determined before the correlation value assigned to the main maximum. This has the advantage that the time of arrival can be determined more reliably, since the influence of the multipath propagation before the main maximum has a weaker effect than on the main maximum itself or on subsequent correlation values.
  • the point is an inflection point, a location of maximum slope on the correlation value sequence or an extreme value (eg maximum) of the correlation value sequence.
  • the first and second derivative of the correlation sequence can be determined, wherein the point can be an extreme value or zero crossing of the derivative.
  • the point is searched only after a main maximum has been determined. This has the advantage that the steps for calculating the point are only performed when an arrival time is actually to be determined. Due to the presence of a main maximum, the probability is high that the received receive sequence has been received. At this point, it should be noted that there may be several turning points, not all necessarily valid.
  • potential points which fulfill the criteria for determining the time of arrival are continuously determined from the correlation sequence.
  • the last determined point is determined as the point with respect to which the time of arrival is determined.
  • a continuous determination possible point has the advantage that the arrival time determined very quickly since the point has already been determined before the main maximum is determined.
  • the correlation sequence is interpolated in order to be able to determine the arrival time with high precision.
  • the arrival time is determined as a function of the main maximum of the correlation sequence, if it is not possible to determine the potential point.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an apparatus for determining a time of arrival of a receive sequence according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a graphical representation of a correlation according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3a shows a schematic representation of an interpolation on- device according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 3b is an overview of the filter coefficients used in Fig. 3a;
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a receiver with a device for determining an input meeting point according to an embodiment of the present invention.
  • the device has a correlation device 102 and a processing device 104.
  • the correlation device 102 is designed to receive a reception sequence 112.
  • the correlation device 102 is designed to receive a transmission sequence 113 or has a memory device (not shown in the figures) in which the transmission sequence 113 is contained.
  • the correlation device 102 is designed to perform a correlation between the receive sequence 112 and the transmit sequence 113, and to provide the correlation sequence 114 resulting from the correlation of the receive sequence 112 and the transmit sequence 113 to the processing device 104.
  • the processing device 104 is configured to determine a point within an interval adjacent to a main maximum of the correlation sequence 114 and, starting from the point, to calculate and provide an arrival point 116 which defines the arrival of the receive sequence 112.
  • the main maximum is not part of the interval, or the correlation value, which is the main maximum, is excluded in the determination of the point.
  • the device for determining a time of arrival of a receive sequence is arranged in a receiver of a digital transmission system.
  • the receive sequence 112 can be used to synchronize the transmitter with the receiver.
  • the device, the transmission sequence 113 is known, which is transmitted by the transmitter and is received as a receive sequence 112 from the receiver.
  • the receiver receives the complex baseband signal
  • the correlation device 102 is designed to correlate the received signal y [k] with the original signal x [k] stored in the transmitter and receiver.
  • the cross-correlation between receive signal y [k] and correlation sequence x [k] is defined as
  • the index 1 indicates how much y [k] in the
  • the correlation sequence 114 has a maximum for which r yx [L] is maximal.
  • the receive sequence 112 corresponds to the signal y
  • the transmit sequence 113 to the signal x
  • the correlation sequence 114 to the signal r.
  • the processing device 104 is designed to determine from the course of the values of the correlation sequence 114 the input meet the receive sequence 112 to determine. For this purpose, the processing device 104 is designed to determine a main maximum of the correlation sequence 114. This can be done with a means for determining the main maximum (not shown in the figures), which determines the correlation maximum by a threshold decision. That is, a main maximum occurs when a value of the correlation sequence 114 exceeds a certain threshold.
  • the means for detecting the main maximum may be designed to detect the main maximum even under the influence of interference.
  • a turning point before the main maximum in a window under consideration is searched for on the correlation magnitude sequence 114. That is, the main maximum is first determined and then time-lapsed on the correlation amount curve 114 until the first inflection point is found.
  • the inflection point is considered to be the point on which the time of arrival is determined.
  • the first and second derivatives of the correlation magnitude function 114 are needed. Since the derivatives of the correlation magnitude function 114 are only sampled, the derivatives can be calculated only approximately and likewise only sampled.
  • the processing device 104 may have a device for forming the first and the second derivative of the correlation sequence 114.
  • a trigger signal is provided by the processing device 104.
  • the trigger signal indicates the time of arrival 116 of the receive sequence 112.
  • the time of arrival 116 may be time information based on an internal timing of the receiver. If the arrival time for the synchronization of the Receiver, it may also be sufficient to provide only a trigger signal to which the receiver can synchronize itself.
  • the processing device 104 may be configured to continuously determine inflection points on the correlation sequence 114. If, in addition, a main maximum is determined in the correlation sequence 114, then the last determined inflection point 114 is used to determine the arrival time.
  • FIG. 2 shows a graphical representation of a correlation sequence 114.
  • the correlation sequence 114 shown in FIG. 2 is a section of the correlation sequence shown in FIG. More specifically, FIG. 2 shows the first correlation peak of the correlation sequence shown in FIG.
  • the correlation sequence 114 has a plurality of correlation values calculated in the correlator shown in FIG. Three of these correlation values are indicated by reference numerals.
  • the correlation value 222 represents the main maximum, the correlation value 224 a local secondary maximum and the correlation value 226 a turning point of the correlation sequence 114.
  • the correlation values of the correlation sequence 114 are plotted over time.
  • the correlation value 224 was calculated before the correlation values 226, 222 in the correlation device 102 in terms of time.
  • the correlation sequence 114 is a correlation magnitude sequence, i. H. in the vertical direction, the amplitude of the correlation values is plotted.
  • the correlation sequence 114 has a peak shape towards the main maximum 222.
  • the point 224 is a first sidelobe in front of the main maximum 222.
  • the correlation value following the sidelobe 224 is a local minimum before the main maximum 222.
  • the slope of the correlation sequence is maximal. From Fig. 2 it can be seen that even after the main maximum 222 a turning point, an area a maximum slope, a local minimum and a local secondary maximum is arranged.
  • the main maximum 222 to determine a time of arrival of a receive sequence in a receiver, not the main maximum 222 is used but a point or a correlation value which lies within an interval which is arranged around the main maximum 222.
  • the interval is limited on the one hand by the local secondary maximum 224 and on the other hand by the main maximum 222. Which point within this interval is most suitable for determining the time of arrival, d. H. whose position on the time axis is most insensitive to multipath propagation and noise depends on the transmission sequence used and the transmission system.
  • the first local sub-maximum 224, the first local minimum, the area of the largest slope (ie a turning point) or the first turning point before the main maximum 222 could be used to determine the arrival time.
  • the inflection point 226 is determined as a suitable point for determining the arrival time.
  • the inflection point before the main maximum in the considered window or interval is searched on the correlation magnitude sequence 114. That is, the main maximum 222 is first determined and then time-lapsed on the correlation amount curve 114 until the first inflection point 226 is found.
  • the first and second derivatives of the correlation magnitude function 114 are needed. Since this function is only sampled, d. H . the correlation sequence 114 consists only of those shown in FIG. 2 correlation marks indicated by crosses, the derivatives in the in FIG. 1 processing device 104 calculated only approximately and also sampled only become. The position of the inflection point is therefore initially detectable only in the sampling grid.
  • the interval could be spanned after the main maximum 222.
  • the receive sequence 112 shown in FIG. 1 and the transmit sequence 113 have complex-valued values.
  • An increase in the accuracy of the arrival time estimate can be achieved by upsampling the complex correlation values calculated in the correlator 102. This can be done by zero insertion and low pass filtering. Subsequently, the amount of the upsampled complex correlation values is calculated and worked on further.
  • FIG. 3a shows an exemplary embodiment of a device for oversampling the correlation sequence, in the form of a concrete realization as an upsampling filter in a polyphase structure.
  • the oversampling device is provided as input with a correlation sequence 314 ', which is output as output 314 in the form of an oversampled correlation sequence.
  • the upsampling filter shown in Figure 3a has three parallel FIR filters, referred to as blocks 0-5-1, 0-5-2, 0-5-3.
  • the FIR filters have a delay device 0-5-4 connected in parallel.
  • the inputs of the FIR filters as well as the delay means are connected to the input 314 '.
  • the outputs of the FIR filters and the delay means are connected to a parallel-to-serial converter 0-5-5 which determines the oversampled correlation sequence 314 from the output values of the FIR filters and the delay means.
  • Simplifications are possible when implementing the filter.
  • a polyphase implementation is possible.
  • the input sequence 314 has a value other than zero every fourth digit. If we consider the FIR filter in a "taped-delay-line" structure, then only L / R coefficients are used to calculate each output value, where L is the FIR filter length and the coefficients are repeated periodically Therefore, such an FIR filter can be decomposed into R sub-filters of length L / R, and the outputs of the corresponding filters need only be multiplexed in the correct order to form a higher-rate data stream.
  • a further simplification results from the symmetry of the sub-filters.
  • the realization of the FIR filter results in a regular coefficient structure for sub-filters 0-5-2, d. H. straight length and axisymmetric, and a reduction from a fourth sub-filter to the delay element 0-5-4.
  • the input data stream 314 ' is given in parallel to four filters. That is, after reduction of the fourth sub-filter to a delay element 0-5-4 and three filters 0-5-1, 0-5-2, 0-5-3 are given, and after filtering, the four parallel data streams net31 , net28, net29, net38 in block 0-5-5, which represents the parallel-to-serial converter, converted to a serial data stream with the data rate B Clock 4. Due to this parallelization at the entrance one achieves a change of portraits between input 314 'and output 314 by the factor 4.
  • Fig. 3b shows the filter coefficients of the filter shown in Fig. 3a. From this, the sub-filters are generated. Since the second sub-filter has an axisymmetric structure of odd length, one could further shorten this filter, i. H. at least halve the number of multiplications.
  • the correlation of the receive sequence 112 and the transmit sequence 114 shown in FIG. 1 can be done by means of partial correlations. This is particularly useful if there is a frequency offset between receive sequence and transmit sequence, which could lead to an extinction of the correlation value.
  • the processing device 104 shown in FIG. 1 may additionally comprise an interpolation device which interpolates between the samples of the correlation sequence 114 shown in FIG performs.
  • the interpolation can be, for example, a linear interpolation.
  • the interpolation can be performed for the entire correlation sequence.
  • interpolation can also be performed only between times around the inflection point. From this very finely resolved estimate of the inflection point position, the time of arrival can finally be determined with high precision.
  • the method according to the invention can be realized as a Matlab function.
  • a beacon beaconno is received by a receiver.
  • the first peak is searched for in the amount of the correlation values corrvals of the correlation sequence.
  • the correlation values are passed as complex values and not as their amount.
  • the algorithm of the embodiment operates eight times oversampled and with an early-late correlator on the derivative of the correlation amounts, so that the time of the steepest rise or turn of the first peak can be determined very accurately.
  • the position of the first peak is output when no arrival time from the inflection point can be determined. Furthermore, a sync TOA data record can be generated. The normalized first derivative of the ideal T-burst autocorrelated in the inflection point normalized to the amount in the inflection point is determined. Further, upsampling of the correlation amount function is performed. An upsampled version of corrvals is generated by padding with seven zeros after each value. This means that every eighth value is a correlation value. Subsequent low-pass filtering removes all spectral images of the upsampled signal. An interpolation filter is designed in such a way that the correlation values in the sampler master are really only interpolated and not amplified. That is, the coefficient 1 is exactly in the middle and in the distance 8 are each only zeros. In this embodiment, only the amount of upsampled correlation values is of interest.
  • the first derivative of the upsampled correlation amount now contains the derivative between subsamples with subscripts i and i + 1, which is practically the derivative in index i + 0.5.
  • the second derivative is determined, assuming a dummy value 0, so that the indices with which match the subsamples.
  • the TOA determination ie the determination of the arrival time
  • the position of the inflection point is determined.
  • the main peak is searched, which does not have to be the first path.
  • the approximate position of the first peak is searched where for the first time a defined threshold t_peakthresh with respect to a maximum amount is reached. Therefore, according to this embodiment, the first path may not be more than 10 * log10 (t_peathresh) dB below the main path.
  • the first path may be even less under the main path, if not the main rattle, but a left ripple of an autocorrelated is to be found. If exactly the main triplets are to be found, then by looking at the autocorrelated ones one can see by what factor the first sub ripple is below the maximum, so that one lies with the factor t_peakthresh on the safe side and does not run into the secondary ripple.
  • the correlation amount function has a turning point before each peak, i. H. a point with maximum first derivative.
  • the index to the left of the left inflection point i. H. the last element with a positive second derivative, searched.
  • the exact location of the inflection point is calculated by linear interpolation.
  • the time-of-arrival the group delay of the filter is subtracted. If no turning point is found, although not really a time-of-arrival could be determined, the position of the first peak is taken, so that for the next burst the window moves in the right direction.
  • a quality measure in the form of a deviation from the ideal curve is determined.
  • the deviation from the ideal curve is a suitable quality measure even for noisy one-way reception, but primarily for multipath reception, if the following paths are not much weaker than the first one are.
  • the indices of the upsampled correlation amounts to the left and right of the inflection point are determined.
  • a linear interpolation of the correlation amount is determined exactly at the inflection point.
  • the indices of the derivation points to the left and right of the inflection point are determined.
  • the indices of the first derivative are shifted by 0.5 relative to the indices of the correlation amounts.
  • the normalized derivative at the inflection point is determined.
  • the quality measure is now the log ratio of the actual normalized slope at the inflection point to the ideal normalized slope. If no turning point was found, upsampling makes no sense. So an extremely bad quality value is generated. In the implementation, the smallest representable value is used.
  • FIG. 4 shows a block diagram of a receiver having an apparatus for determining a time of arrival of a receive sequence in the receiver according to an embodiment of the present invention.
  • the device has a correlation device 102, a processing device 104 and an upsampling device 301.
  • a mixer 430 passes a complex baseband mixed receive signal 412 in a sample clock B_Clock to a filter 431.
  • the filter 431 is connected downstream of the mixer 430.
  • a receive signal generated by the filter 431 having the receive sequence 112 shown in FIG. 1 is correlated in the correlation block 102 with a known signal sequence.
  • the correlation block 102 is configured to continuously provide correlation magnitude values from which the arrival time of the receive sequence is subsequently determined.
  • the correlation magnitude values may be upsampled in the subsequent Üpsample block 301.
  • the inflection point of the upsampled correlation sequence is determined and the time of arrival is output in the form of the trigger signal 116.
  • the inventive approach may be used to determine an arrival time of any sequence of data in a device. From the reception sequence, a correlation sequence can be determined by cross-correlation, autocorrelation or other types of correlation, from which in turn the time of arrival is determined.
  • the inventive method for determining a time of arrival can be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be on a digital storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals, which may interact with a programmable computer system to perform the corresponding procedure.
  • the invention thus also consists in a computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method according to the invention, when the computer program product runs on a computer.
  • the invention can thus be realized as a computer program with a program code for carrying out the method when the computer program runs on a computer.

Abstract

Eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Eintreffzeitpunkts einer Empfangsfolge in einem Empfänger weist eine Korrela-tionseinrichtung (102) auf, die ausgebildet ist, um eine Korrelationswertefolge (114) aus einer Korrelation der Empfangsfolge (112) mit einer Sendefolge (113) zu ermit-teln, wobei die Korrelationsfolge (114) eine Spitzenform mit einem Hauptmaximum (222) und wenigstens einem lokalen Nebenmaximum (124) aufweist. Die Vorrichtung weist ferner eine Verarbeitungseinrichtung (104) auf, die ausgebildet ist, um einen Punkt (226) der Korrelationsfolge (114) zu ermitteln, der in einem Intervall liegt, das auf der einen Seite durch das lokale Nebenmaximum (224) und auf der anderen Seite durch die Spitzenform begrenzt ist, und ausgebildet ist, um den Eintreffzeitpunkt in Abhängig von dem Punkt (226) zu bestimmen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen eines EintreffZeitpunktes einer Empfangsfolge
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Bestimmen eines EintreffZeitpunktes einer Empfangsfolge in einem Empfänger, wie sie insbesondere für digitale Übertragungssysteme einsetzbar sind.
Damit sich ein Empfänger in einem digitalen Übertragungssystem auf ein von einem Sender ausgesendetes digitales Signal aufsynchronisieren kann, strahlt der Sender ein digitales Signal aus, das dem Empfänger bekannt ist. Die Aufgabe des Empfängers liegt darin, den genauen Eintreffzeitpunkt TOA (TOA; TOA = time of arrival) des gesendeten Signals zu bestimmen.
Um den EintreffZeitpunkt zu bestimmen, wird die Kreuzkorre- lierte zwischen dem digitalen Empfangssignal und dem bekannten digitalen Sendesignal berechnet.
Fig. 5 zeigt eine, über die Zeit aufgetragene Korrelationsfolge 414, die aus einer fortlaufenden Korrelation eines empfangenen Signals mit einem im Empfänger gespeicherten Sendesignal berechnet wurde. Die in Fig. 4 gezeigten Korrelationsspitzen der Korrelationsfolge 414 deuten auf eine Übereinstimmung der gespeicherten Sendefolge mit der Empfangsfolge hin. Um aus der Korrelationsfolge 414 den EintreffZeitpunkte der Empfangsfolge zu bestimmen, werden die Betragsmaxima der Korrelationsfolge 414 detektiert und der EintreffZeitpunkt des EmpfangsSignals aus der Position des Korrelationsbetragsmaximums bestimmt. In Fig. 5 sind zwei Hauptmaxima 422, 422' gezeigt, für die ein Triggersignal, das den EintreffZeitpunkt der Empfangsfolge anzeigt, gleich 1 gesetzt wird. Ein weiteres Hauptmaximum zwischen den Maxima 422, 422' wird nicht für die Berechnung des Ein- treffZeitpunkts berücksichtigt, da dieses Maximum aus einer Mehrwegeausbreitung resultiert.
Soll ein Korrelationsbetragmaximum in einem vorgegebenen Bereich von Korrelationsbetragswerten bzw. in einem vorgegebenen Bereich von Indizes 1 eines Korrelationssignals gesucht werden, so kann das Korrelationsbetragsmaximum bestimmt werden, indem das Maximum aller sich in dem vorge- gebenen Bereich befindlichen Korrelationsbeträge bestimmt wird. Sollte gegenüber einem fortlaufenden Signal, d. h. einem Strom von Samples, ein Korrelationsbetragsmaximum gesucht werden, dann muss fortlaufend beurteilt werden, ob der gerade berechnete Korrelationsbetrag ein gültiges, lokales Maximum darstellt oder nicht. Zur Bestimmung eines solchen lokalen Maximums kann ein festgelegter Schwellwert genützt werden, zusammen mit der Regel, dass ein Korrelationsbetragsmaximum dann vorliegt, wenn ein zu beurteilender Korrelationsbetrag den Schwellwert überschreitet.
Eine Bestimmung des EintreffZeitpunkts abhängig von dem Hauptmaximumswert einer Korrelationsfolge ist unflexibel und ungenau, da keine Möglichkeit einer Anpassung an einen sich ändernden Übertragungskanal gegeben ist. Ferner ist das Hauptmaximum einer Korrelationsfolge empfindlich gegenüber Mehrwegeausbreitung. Das bedeutet, dass die nachfolgenden Pfade das Maximum stark beeinflussen, seine Position verschieben und somit die Eintreffzeit verfälschen. Ferner ist das Hauptmaximum anfällig gegen Rauschen. Dadurch kann der EintreffZeitpunkt der Empfangsfolge aus dem Korrelationsbetragsmaximum nur sehr ungenau bestimmt werden bzw. es kann zu einer irrtümlichen Bestimmung des EintreffZeitpunkts kommen, wenn fälschlicherweise ein Korrelationsbetragsmaximum erkannt wurde. Als Folge einer fehlerhaften Bestimmung des EintreffZeitpunkts kann eine Aufsynchronisation zwischen Sender und Empfänger fehlschlagen bzw. es kann zu einer fehlerhaften Datenübertragung kommen, wenn die Synchronisation nur ungenau durchgeführt werden kann, weil der exakte EintreffZeitpunkt der Empfangsfolge nicht bestimmt werden kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vor- richtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Bestimmen eines EintreffZeitpunkts einer Empfangsfolge zu schaffen, die eine sichere Bestimmung des EintreffZeitpunkts ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Bestimmen eines EintreffZeitpunkts gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zum Bestimmen eines EintreffZeitpunkts einer Empfangsfolge gemäß Anspruch 11 und ein Computerprogramm zum Bestimmen eines EintreffZeitpunkts einer Empfangsfolge gemäß Anspruch 12 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Eintreff Zeitpunkts einer Empfangsfolge in einem Empfänger mit folgenden Merkmalen:
einer Korrelationseinrichtung, die ausgebildet ist, um eine Korrelationsfolge aus einer Korrelation der Empfangsfolge mit einer Sendefolge zu ermitteln, wobei die Korrelationsfolge eine Spitzenform mit einem Hauptmaximum und wenigs- tens einem lokalen Nebenmaximum aufweist; und
einer Verarbeitungseinrichtung, die ausgebildet ist, um einen Punkt der Korrelationsfolge zu ermitteln, der in einem Intervall liegt, das auf der einen Seite durch das lokale Nebenmaximum und auf der anderen Seite durch die Spitzenform begrenzt ist, und ausgebildet ist, um den EintreffZeitpunkt in Abhängig von dem Punkt zu bestimmen.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Bestimmen eines EintreffZeitpunkts einer Empfangsfolge in einem Empfänger, das folgende Schritte umfasst: Ermitteln einer Korrelationsfolge aus einer Korrelation der Empfangsfolge mit einer Sendefolge, wobei die Korrelationsfolge eine Spitzenform mit einem Hauptmaximum und wenigstens einem lokalen Nebenmaximum aufweist; und
Ermitteln eines Punktes der Korrelationsfolge, der in einem Intervall liegt, das auf der einen Seite durch das lokale Nebenmaximum und auf der anderen Seite durch die Spitzenform begrenzt ist, und Bestimmen des EintreffZeitpunkts in Abhängig von dem Punkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es vorteilhaft ist, die Bestimmung des EintreffZeitpunkts einer Empfangsfolge in einem Empfänger nicht basie- rend auf dem Hauptmaximum der Korrelationsfolge, sondern basierend auf einem Punkt, der sich innerhalb eines Intervalls um das Hauptmaximum herum befindet, durchzuführen. Die Empfangsfolge kann ein Teil eines von dem Empfänger empfangenen Signals sein. Der EintreffZeitpunkt gibt den Zeitpunkt an, zu dem die Empfangsfolge in dem Empfänger eingetroffen ist bzw. von dem Empfänger detektiert wurde. Der EintreffZeitpunkt kann beispielsweise eine absolute Zeitinformation oder auch ein Triggerzeitpunkt sein. Bei dem Punkt kann es sich um einen Wert der Korrelationsfolge oder um einen Punkt handeln, der zwischen zwei Korrelationswerten der Korrelationsfolge angeordnet ist.
Die Verwendung eines Punktes innerhalb eines Intervalls um das Hauptmaximum ist vorteilhaft, da solche Punkte weniger empfindlich gegenüber Mehrwegeausbreitung sind, als es das Hauptmaximum selber ist. Das bedeutet, dass die nachfolgenden Pfade solche Punkte weniger beeinflussen als das Maximum. Ebenso sind Punkte um das Hauptmaximum herum robuster gegenüber dem Rauschen. Dies bedeutet, dass der Eintreff- Zeitpunkt unter Verwendung eines Punkts in einem Intervall um das Hauptmaximum herum exakter bestimmt werden kann als unter Verwendung des Hauptmaximums selber. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Intervall zeitlich vor dem Hauptmaximum angeordnet. Das bedeutet, dass nur Punkte zur Bestimmung des EintreffZeitpunkts herangezogen werden, die Korrelationswerten entsprechen, die zeitlich vor dem Korrelationswert ermittelt wurden, der dem Hauptmaximum zugeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass der EintreffZeitpunkt zuverlässiger ermittelt werden kann, da sich der Einfluss der Mehrwegeausbreitung vor dem Hauptmaximum schwächer auswirkt als auf das Hauptmaximum selber oder auf nachfolgende Korrelationswerte.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Punkt ein Wendepunkt, ein Ort maximaler Steigung auf der Korrelationswertefolge oder ein Extremwert (z. B. Maximum) der Korrelati- onswertefolge. Zur Ermittlung des Punktes kann die erste und zweite Ableitung der Korrelationsfolge ermittelt werden, wobei der Punkt ein Extremwert oder Nulldurchgang der Ableitung sein kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Punkt erst gesucht, nachdem ein Hauptmaximum bestimmt wurde. Dies hat den Vorteil, dass die Schritte zur Berechnung des Punktes nur dann durchgeführt werden, wenn tatsächlich ein EintreffZeitpunkt zu bestimmen ist. Durch das Vorhandensein eines Hauptmaximums ist zumistet die Wahrscheinlichkeit hoch, dass die gesuchte Empfangsfolge empfangen wurde. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass es mehrere Wendepunkte geben kann, die nicht alle unbedingt gültig sein müssen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden potentielle Punkte, die die Kriterien zur Bestimmung des EintreffZeitpunktes erfüllen, fortlaufend aus der Korrelationsfolge ermittelt. Als Folge der Bestimmung eines Korrelationsmaxi- mums wird der zuletzt ermittelte Punkt als der Punkt bestimmt, bezüglich des der EintreffZeitpunkt bestimmt wird. Eine fortlaufende Bestimmung möglicher Punkt hat den Vorteil, dass der EintreffZeitpunkt sehr schnell bestimmt werden kann, da der Punkt bereits ermittelt wurde, bevor das Hauptmaximum bestimmt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Korrela- tionsfolge interpoliert, um den EintreffZeitpunkt hochgenau bestimmen zu können.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Eintreffzeitpunkt in Abhängigkeit von dem Hauptmaximum der Korrela- tionsfolge bestimmt, wenn es nicht möglich ist, den potentiellen Punkt zu bestimmen. Dies hat den Vorteil, dass zumindest ein, wenn auch ungenauer EintreffZeitpunkt festgelegt werden kann, mit dem vorläufig weitergearbeitet werden kann.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Vorrichtung zum Bestimmen eines EintreffZeitpunkts einer Empfangsfolge gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine graphische Darstellung einer Korrelation gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3a eine schematische Darstellung einer Interpolati- onseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3b eine Übersicht derin Fig. 3a verwendeten Filterkoeffizienten;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Empfängers mit einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Ein- treffZeitpunkts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5 eine graphische Darstellung einer Korrelations- folge gemäß dem Stand der Technik.
In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrich- tung zum Bestimmen eines EintreffZeitpunkts einer Empfangsfolge gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung weist eine Korrelationseinrichtung 102 und eine Verarbeitungseinrichtung 104 auf. Die Korrelationseinrichtung 102 ist ausgebildet, um eine Emp- fangsfolge 112 zu empfangen. Ferner ist die Korrelationseinrichtung 102 ausgebildet, um eine Sendefolge 113 zu empfangen bzw. weist eine Speichereinrichtung (nicht gezeigt in den Figuren) auf, in der die Sendefolge 113 enthalten ist. Die Korrelationseinrichtung 102 ist ausgebil- det, um eine Korrelation zwischen der Empfangsfolge 112 und der Sendefolge 113 durchzuführen, und die sich aus der Korrelation der Empfangsfolge 112 und der Sendefolge 113 ergebenden Korrelationsfolge 114, an die Verarbeitungseinrichtung 104 bereitzustellen. Die Verarbeitungseinrichtung 104 ist ausgebildet, um einen Punkt innerhalb eines an ein Hauptmaximum der Korrelationsfolge 114 angrenzendes Intervall zu ermitteln und ausgehend von dem Punkt einen EintreffZeitpunkt 116 zu berechnen und bereitzustellen, der das Eintreffen der Empfangsfolge 112 definiert. Das Haupt- maximum ist dabei nicht Teil des Intervalls, bzw. es wird der Korrelationswert, der das Hauptmaximum darstellt, bei der Ermittlung des Punktes ausgenommen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung zum Bestimmen eines EintreffZeitpunkts einer Empfangsfolge in einem Empfänger eines digitalen Übertragungssystems angeordnet. Die Empfangsfolge 112 kann zum Synchronisieren des Senders mit dem Empfänger genutzt werden. Dazu ist der Vorrichtung die Sendefolge 113 bekannt, die von dem Sender ausgesendet wird und als Empfangsfolge 112 von dem Empfänger empfangen wird. Bei einer perfekten Übertragung mit Ausnahme eines Trägerfrequenzversatzes zwischen Sender und Empfänger sowie einem konstanten Kanalkoeffizienten a und einer Verzögerung L empfängt der Empfänger das komplexe Basisbandsignal
y[k + L] = a ■ x[k] ■ e j{2π"Fk^
wenn der Sender die Sendefolge x[k] aussendet. Die Korrelationseinrichtung 102 ist ausgebildet, um das Empfangssignal y[k] mit dem im Sender und Empfänger gespeicherten Original-Signal x[k] zu korrelieren. Die Kreuzkorrelation zwi- sehen Empfangssignal y[k] und Korrelationssequenz x[k] ist definiert als
Figure imgf000010_0001
Der Index 1 bezeichnet dabei , um wie viel y [ k] in der
Korrelationsberechnung verschoben werden soll . Wenn y [ k] so verschoben wird, dass sich y [ k+L] und x [ k] optimal decken, so erhalten wird als Korrelationswert
Figure imgf000010_0002
In diesem Fall hat die Korrelationsfolge 114 ein Maximum, für das ryx[L] maximal ist. In Fig. 1 entspricht die Empfangsfolge 112 dem Signal y, die Sendefolge 113 dem Signal x und die Korrelationsfolge 114 dem Signal r.
Die Verarbeitungseinrichtung 104 ist ausgebildet, um aus dem Verlauf der Werte der Korrelationsfolge 114 das Ein- treffen der Empfangsfolge 112 zu ermitteln. Dazu ist die Verarbeitungseinrichtung 104 ausgebildet, um ein Hauptmaximum der Korrelationsfolge 114 zu bestimmen. Dies kann mit einer Einrichtung zum Bestimmen des Hauptmaximums (nicht gezeigt in den Figuren) erfolgen, die das Korrelationsmaximum durch eine Schwellwertentscheidung bestimmt. Das heißt, ein Hauptmaximum liegt dann vor, wenn ein Wert der Korrelationsfolge 114 einen bestimmten Schwellwert überschreitet.
Abhängig von dem Übertragungssystem kann die Einrichtung zum Erkennen des Hauptmaximums ausgebildet sein, um das Hauptmaximum auch unter dem Einfluss von Störeinflüssen zu erkennen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird auf der Korrelationsbetragsseguenz 114 ein Wendepunkt vor dem Hauptmaximum in einem betrachteten Fenster gesucht. Das heißt, es wird zuerst das Hauptmaximum bestimmt und dann wird auf der Korrelationsbetragskurve 114 zeitlich zurückgeschritten, bis der erste Wendepunkt gefunden wird. Der Wendepunkt wird als der Punkt angesehen, basierend auf dem der EintreffZeitpunkt bestimmt wird. Für die Suche des Wendepunkts wird die erste und die zweite Ableitung der Korrelationsbetragsfunktion 114 benötigt. Da die Ableitungen der Korrelationsbetragsfunktion 114 nur abgetastet vorliegt, können die Ableitungen nur näherungsweise und ebenfalls nur abgetastet berechnet werden. Die Lage des Wendepunkts ist also zunächst nur im Über-Abtastraster bzw. im Abtastraster detektierbar. Zum Durchführen der Ableitung kann die Verarbeitungseinrichtung 104 eine Einrichtung zum Bilden der ersten und der zweiten Ableitung der Korrelati- onsfolge 114 aufweisen.
Nach der Ermittlung des, vor dem Hauptmaximum gelegenen Wendepunkts, wird von der Verarbeitungseinrichtung 104 ein Triggersignal bereitgestellt. Das Triggersignal gibt den EintreffZeitpunkt 116 der Empfangsfolge 112 bekannt. Bei dem EintreffZeitpunkt 116 kann es sich um eine Zeitinformation basierend auf einer internen Taktung des Empfängers handeln. Wird der EintreffZeitpunkt zur Synchronisation des Empfängers verwendet, so kann es auch ausreichend sein, lediglich ein Triggersignal bereitzustellen, auf das sich der Empfänger aufsynchronisieren kann.
Alternativ kann die Verarbeitungseinrichtung 104 ausgebildet sein, um fortlaufend Wendepunkte auf der Korrelationsfolge 114 zu bestimmen. Wird zusätzlich ein Hauptmaximum in der Korrelationsfolge 114 ermittelt, so wird der zuletzt ermittelte Wendepunkt 114 zur Ermittlung des Eintreffzeit- punkts verwendet.
Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung einer Korrelationsfolge 114. Die in Fig. 2 gezeigte Korrelationsfolge 114 ist ein Ausschnitt aus der in Fig. 4 gezeigten Korrelati- onsfolge. Genauer gesagt zeigt Fig. 2 den ersten Korrelati- onspeak der in Fig. 4 gezeigten Korrelationsfolge. Die Korrelationsfolge 114 weist eine Vielzahl von Korrelationswerten auf, die in der in Fig. 1 gezeigten Korrelationseinrichtung berechnet wurden. Drei dieser Korrelationswerte sind durch Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Korrelationswert 222 stellt das Hauptmaximum, der Korrelationswert 224 ein lokales Nebenmaximum und der Korrelationswert 226 einen Wendepunkt der Korrelationsfolge 114 dar. Die Korrelationswerte der Korrelationsfolge 114 sind über die Zeit aufge- tragen. Der Korrelationswert 224 wurde zeitlich gesehen vor den Korrelationswerten 226, 222 in der Korrelationseinrichtung 102 berechnet. Die Korrelationsfolge 114 ist eine Korrelationsbetragsfolge, d. h. in vertikaler Richtung ist die Amplitude der Korrelationswerte aufgetragen.
Die Korrelationsfolge 114 weist zum Hauptmaximum 222 hin eine Spitzenform auf. Der Punkt 224 ist ein erstes Nebenmaximum vor dem Hauptmaximum 222. Der dem Nebenmaximum 224 nachfolgende Korrelationswert ist ein lokales Minimum vor dem Hauptmaximum 222. Zwischen dem Wendepunkt 226 und dem davor gelegenen Korrelationswert ist die Steigung der Korrelationsfolge maximal. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass auch nach dem Hauptmaximum 222 ein Wendepunkt, ein Bereich einer maximalen Steigung, ein lokales Minimum sowie ein lokales Nebenmaximum angeordnet ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird zur Bestimmung eines EintreffZeitpunkts einer Empfangsfolge in einem Empfänger nicht das Hauptmaximum 222 herangezogen, sondern ein Punkt bzw. ein Korrelationswert, der innerhalb eines Intervalls liegt, das um das Hauptmaximum 222 angeordnet ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Intervall einerseits durch das lokale Nebenmaximum 224 und andererseits durch das Hauptmaximum 222 begrenzt. Welcher Punkt innerhalb dieses Intervalls zur Bestimmung des EintreffZeitpunkts am besten geeignet ist, d. h. dessen Position auf der Zeitachse am unempfindlichsten gegenüber Mehrwegeausbreitung und Rauschen ist, hängt von der verwendeten Sendefolge und dem Übertragungssystem ab. Beispielsweise könnte das erste lokale Nebenmaximum 224, das erste lokale Minimum, der Bereich der größten Steigung (also ein Wendepunkt) oder der erste Wendepunkt vor dem Hauptmaximum 222 zur Bestimmung des EintreffZeitpunkts herangezogen werden.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Wendepunkt 226 als geeigneter Punkt zur Bestimmung des Eintreffzeitpunkts ermittelt. Dazu wird auf der Korrelationsbetragssequenz 114 der Wendepunkt vor dem Hauptmaximum im betrachteten Fenster oder Intervall gesucht. Das heißt, es wird zuerst das Hauptmaximum 222 bestimmt und dann wird auf der Korrelationsbetragskurve 114 zeitlich zurückgeschritten, bis der erste Wendepunkt 226 gefunden wird.
Für die Suche des Wendepunkts wird die erste und die zweite Ableitung der Korrelationsbetragsfunktion 114 benötigt . Da diese Funktion nur abgetastet vorliegt , d . h . die Korrelationsfolge 114 besteht nur aus den in Fig . 2 durch -Kreuze gekennzeichneten Korrelationswerten, können die Ableitungen in der in Fig . 1 gezeigten Verarbeitungseinrichtung 104 nur näherungsweise und ebenfalls nur abgetastet berechnet werden. Die Lage des Wendepunkts ist also zunächst nur im Abtastraster detektierbar.
Alternativ könnte das Intervall auch nach dem Hauptmaximum 222 aufgespannt sein.
Die in Fig. 1 gezeigte Empfangsfolge 112 und die Sendefolge 113 weisen komplexwertige Werte auf. Eine Steigerung der Genauigkeit bei der Schätzung des EintreffZeitpunkts kann erreicht werden, indem die in der Korrelationseinrichtung 102 berechneten komplexen Korrelationswerte upgesampelt werden. Dies kann durch Zero-Insertion und Tiefpassfilterung erfolgen. Anschließend wird der Betrag der upgesampel- ten komplexen Korrelationswerte berechnet und mit diesem weiter gearbeitet.
Fig. 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum Überabtasten der Korrelationsfolge, in Form einer konkreten Realisierung als Upsampling-Filter in Polyphasenstruktur. An die Überabtasteinrichtung wird als Input eine Korrelationsfolge 314' bereitgestellt, die als Output 314 in Form einer überabgetasteten Korrelationsfolge ausgegeben wird. Das in Fig. 3a gezeigte Upsampling-Filter weist drei parallel angeordnete FIR-Filter auf, die als Blöcke 0-5-1, 0-5- 2, 0-5-3 bezeichnet sind. Den FIR-Filtern ist eine Verzögerungseinrichtung 0-5-4 parallel geschaltet. Die Eingänge der FIR-Filter sowie der Verzögerungseinrichtung sind mit dem Input 314' verbunden. Die Ausgänge der FIR-Filter sowie der Verzögerungseinrichtung sind mit einem Parallel- Seriell-Wandler 0-5-5 verbunden, der die überabgetastete Korrelationsfolge 314 aus den Ausgabewerten der FIR-Filter sowie der Verzögerungseinrichtung ermittelt.
Mit dem in Fig. 3a gezeigten Upsampling-Filter wird eine Möglichkeit geschaffen, die Positionsbestimmung der Korre- lationsmaxima bzw. der zur Bestimmung des EintreffZeitpunkts verwendeten Punkte der Korrelationsfolge zu verfeinern. Dazu wird das bei einer Samplerate B_Clock 16 erhal- tene Korrelationssignal 314' durch Einfügen von (r-1) Nullen und anschließender Tiefpassfilterung auf einen Sampletakt von B_Clock_16*R gebracht. R kennzeichnet dabei den Überabtastfaktor. Aus Implementierungsgründen kann es von Vorteil sein, das Upsampling-Filter entweder wegzulassen, einen anderen Überabtastfaktor zu wählen oder die Anzahl der Filterkoeffizienten zu verringern. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Upsampling-Filter gewählt. Damit wird der Überabtastfaktor zu R = 4 gesetzt.
Bei der Implementierung des Filters sind Vereinfachungen möglich. Zum einen ist eine Polyphasen-Implementierung möglich. Die Eingangssequenz 314' hat nur an jeder vierten Stelle einen von Null verschiedenen Wert. Stellt man sich das FIR-Filter in einer „Taped-Delay-Line"~Struktur vor, so wird für die Berechnung jedes Ausgangswertes nur L/R Koeffizienten verwendet. L bezeichnet dabei die FIR- Filterlänge. Die verwendeten Koeffizienten wiederholen sich periodisch nach genau R Ausgangswerten. Daher lässt sich ein solches FIR-Filter in R Teilfilter der Länge L/R zerlegen. Die Ausgänge der entsprechenden Filter müssen dann lediglich in der richtigen Reihenfolge zu einem höherrati- gen Datenstrom gemultiplext werden.
Eine weitere Vereinfachung ergibt sich durch die Symmetrie der Teilfilter. Die Realisierung des FIR-Filters führt zu einer regelmäßigen Koeffizientenstruktur für Teilfilter 0- 5-2, d. h. gerade Länge und achsensymmetrisch, und zu einer Reduktion von einem vierten Teilfilter auf das Verzöge- rungselement 0-5-4.
Der Eingangsdatenstrom 314' wird parallel auf vier Filter gegeben. Das heißt, nach Reduktion des vierten Teilfilters auf ein Delay-Element 0-5-4 und drei Filter 0-5-1, 0-5-2, 0-5-3 gegeben, und nach dem Filtern werden die vier parallelen Datenströme net31, net28, net29, net38 im Block 0-5- 5, der den Parallel-Seriell-Wandler darstellt, zu einem seriellen Datenstrom mit der Datenrate B Clock 4 gewandelt. Durch diese Parallelisierung am Eingang erreicht man eine Veränderung der Portraten zwischen Input 314' und Output 314 um den Faktor 4.
Fig. 3b zeigt die Filterkoeffizienten des in Fig. 3a gezeigten Filters. Daraus werden die Teilfilter erzeugt. Da der zweite Teilfilter eine achsensymmetrische Struktur ungerader Länge hat, könnte man dieses Filter weiter verkürzen, d. h. zumindest die Zahl der Multiplikationen halbieren.
Da der Teilfilter 4 nur an der Stelle 6 mit einer 1 besetzt ist, kann dieser Block durch das Delay-Element 0-5-4 mit einem Delay = 5 ersetzt werden. Dies führt zu einer Ver- Schiebung des Eingangs um fünf Elemente.
Die Korrelation der in Fig. 1 gezeigten Empfangsfolge 112 und der Sendefolge 114 kann mittels Teilkorrelationen erfolgen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn ein Frequenzversatz zwischen Empfangsfolge und Sendefolge vorliegt, der zu einer Auslöschung des Korrelationswertes führen könnte.
Um die Lage des Punktes, basierend auf dem der Eintreff- Zeitpunkt bestimmt werden soll, hochgenau bestimmen zu können, kann die in Fig. 1 gezeigte Verarbeitungseinrichtung 104 zusätzlich eine Interpolationseinrichtung aufweisen, die eine Interpolation zwischen den in Fig. 2 gezeigten Abtastwerten der Korrelationsfolge 114 vornimmt. Die Interpolation kann beispielsweise eine lineare Interpolation sein. Die Interpolation kann für die gesamte Korrelationsfolge durchgeführt werden. In dem in Fig. 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem basierend auf dem Wendepunkt der EintreffZeitpunkt bestimmt wird, kann auch eine Interpolation nur zwischen Zeitpunkten um den Wendepunkt herum vorgenommen werden. Aus dieser sehr fein aufgelösten Schätzung der Wendepunktposition kann schließlich der EintreffZeitpunkt hochgenau bestimmt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann als Matlab-Funktion realisiert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird von einem Empfänger eine Barke beaconno empfangen. In einem Subsample-Bereich wird der erste Peak im Betrag der Korrelationswerte corrvals der Korrelationsfolge gesucht. Die Korrelationswerte werden als komplexe Werte und nicht als deren Betrag übergeben. Der Algorithmus des Ausführungsbeispiels arbeitet achtfach überabgetastet und mit einem Early-Late-Korrelator auf der Ableitung der Korrelationsbeträge, so dass der Zeitpunkt des steilsten Anstiegs oder Wendepunkts des ersten Peaks sehr genau bestimmt werden kann.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Position des ersten Peaks ausgegeben, wenn kein EintreffZeitpunkt aus dem Wendepunkt bestimmt werden kann. Ferner kann ein Sync- los-TOA-Datensatz erzeugt werden. Es wird die normierte erste Ableitung der idealen T-Burst-Autokorrelierten im Wendepunkt normiert auf den Betrag im Wendepunkt ermittelt. Ferner wird ein Upsampling der Korrelationsbetragsfunktion durchgeführt. Es wird eine Üpsampled-Version von corrvals durch Auffüllen mit sieben Nullen nach jedem Wert erzeugt. Dies bedeutet, dass jeder achte Wert ein Korrelationswert ist. Bei einer anschließenden Tiefpassfilterung werden alle Spectralimages des upgesampelten Signals entfernt. Ein Interpolationsfilter ist dabei derart beschaffen, dass die Korrelationswerte im Sampleraster wirklich nur interpoliert und nicht verstärkt werden. Das heißt, der Koeffizienten 1 ist genau in der Mitte und im Abstand 8 sind jeweils nur Nullen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel interessiert nur der Betrag der upgesampelten Korrelationswerte.
Die erste Ableitung des upgesampelten Korrelationsbetrags enthält jetzt die Ableitung zwischen den Subsamples mit Indizes i und i+1, also praktisch die Ableitung im Index i+0,5. Die zweite Ableitung wird ermittelt, wobei ein Dummy-Wert 0 vorausgestellt wird, damit die Indizes mit denen von den Subsamples übereinstimmen. Zur TOA- BeStimmung, d. h. der Bestimmung des EintreffZeitpunkts, wird die Position des Wendepunkts ermittelt. Dazu wird der Hauptpeak gesucht, der aber nicht der erste Pfad sein muss. Die ungefähre Position des ersten Peaks wird da gesucht, wo zum ersten Mal eine definierte Schwelle t_peakthresh bezüglich einem maximalen Betrag erreicht wird. Der erste Pfad darf gemäß diesem Ausführungsbeispiel deshalb nicht mehr als 10*loglO (t_peakthresh) dB unter dem Hauptpfad liegen.
Gegebenenfalls darf der erste Pfad noch weniger unter dem Hauptpfad liegen, wenn nicht der Hauptrippel, sondern ein linker Nebenrippel einer Autokorrelierten gefunden werden soll. Soll genau der Hauptrippel gefunden werden, so kann man durch Betrachten der Autokorrelierten sehen, um welchen Faktor der erste Nebenrippel unter dem Maximum liegt, damit man mit dem Faktor t_peakthresh auf der sicheren Seite liegt und nicht in den Nebenrippel reinläuft.
Die Korrelationsbetragsfunktion hat vor jedem Peak einen Wendepunkt, d. h. einen Punkt mit maximaler erster Ableitung. Im Folgenden wird der Index links neben dem linken Wendepunkt, d. h. das letzte Element mit einer positiven zweiten Ableitung, gesucht. Nach der Ermittlung des Index des Punktes unmittelbar links von dem Wendepunkt wird durch lineare Interpolation die genaue Lage des Wendepunkts berechnet. Bei der Bestimmung der Time-Of-Arrival wird die Gruppenlaufzeit des Filters abgezogen. Wird kein Wendepunkt gefunden, so wird, obwohl nicht wirklich eine Time-Of- Arrival bestimmt werden konnte, die Position des ersten Peaks genommen, damit für den nächsten Burst das Fenster in die richtige Richtung weiterwandert.
Ferner wird ein Qualitätsmaß in Form einer Abweichung von der Idealkurve ermittelt. Die Abweichung von der Idealkurve ist ein geeignetes Qualitätsmaß auch für verrauschten EinWege-Empfang, aber in erster Linie für Mehrwegeempfang, wenn die folgenden Pfade nicht viel schwächer als der erste sind. Dazu werden die Indizes der upgesampelten Korrelationsbeträge links und rechts des Wendepunkts bestimmt. Eine lineare Interpolation des Korrelationsbetrags wird genau im Wendepunkt bestimmt. Ferner werden die Indizes der Ablei- tungspunkte links und rechts des Wendepunkts ermittelt. Hier wird berücksichtigt, dass die Indizes der ersten Ableitung gegenüber den Indizes der Korrelationsbeträge um 0,5 verschoben sind. Nach der linearen Interpolation der Ableitung genau im Wendepunkt wird die normierte Ableitung im Wendepunkt ermittelt. Das Qualitätsmaß ist nun das Log- Ratio der tatsächlichen normierten Steigung im Wendepunkt zu der idealen normierten Steigung. Wurde kein Wendepunkt gefunden, so macht das Upsampling keinen Sinn. Also wird ein extrem schlechter Qualitätswert generiert. In der Implementierung wird der kleinste darstellbare Wert verwendet.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Empfängers mit einer Vorrichtung zum Bestimmen eines EintreffZeitpunkts einer Empfangsfolge in den Empfänger gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung weist eine Korrelationseinrichtung 102, eine Verarbeitungseinrichtung 104 und eine Upsampling-Einrichtung 301 auf. Ein Mischer 430 gibt ein ins komplexe Basisband gemischte Empfangssignal 412 in einem Sample-Takt B_Clock an einen Filter 431 weiter. Der Filter 431 ist dem Mischer 430 nachgeschaltet. Ein von dem Filter 431 generiertes Empfangssignal, das die in Fig. 1 gezeigte Empfangsfolge 112 aufweist, wird in dem Korrelationsblock 102 mit einer bekannten Signalfolge korreliert. Der Korrelationsblock 102 ist ausgebildet, um fortlaufend Korrelationsbetragswerte bereitzustellen, aus denen nachfolgend der EintreffZeitpunkt der Empfangsfolge ermittelt wird. Die Korrelationsbetragswerte können in dem nachfolgenden Üpsample-Block 301 upgesampelt werden. In der nachfolgenden Verarbeitungseinrichtung 104 wird der Wendepunkt der upgesampelten Korrelationsfolge ermittelt und der EintreffZeitpunkt in Form des Triggersignals 116 ausgegeben. Obwohl in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen auf ein digitales Kommunikationssystem Bezug genommen wurde, kann der erfindungsgemäße Ansatz zur Bestimmung eines Eintreff- Zeitpunkts einer beliebigen Folge von Daten in einer Einrichtung genutzt werden. Aus der Empfangsfolge kann durch Kreuzkorrelation, Autokorrelation oder anderen Korrelationsarten eine Korrelationsfolge ermittelt werden, aus der wiederum der EintreffZeitpunkt ermittelt wird.
Abhängig von den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines EintreffZeitpunkts in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium, insbeson- dere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung somit als ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durch- führung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Bestimmen eines EintreffZeitpunkts einer Empfangsfolge in einem Empfänger mit folgenden Merkmalen:
einer Korrelationseinrichtung (102), die ausgebildet ist, um eine Korrelationsfolge (114) aus einer Korrelation der Empfangsfolge (112) mit einer Sendefolge (113) zu ermitteln, wobei die Korrelationsfolge eine Spitzenform mit einem Hauptmaximum (222) aufweist; und
einer Verarbeitungseinrichtung (104), die ausgebildet ist, um einen Punkt (226) der Korrelationsfolge zu er- mittein, der in einem Intervall liegt, das an das Hauptmaximum angrenzt, und ausgebildet ist, um den EintreffZeitpunkt in Abhängigkeit von dem Punkt zu bestimmen.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Intervall auf der einen Seite von dem Hauptmaximum (222) begrenzt ist, und wobei das Hauptmaximum nicht Teil des Intervalls ist, aus dem der Punkt ermittelt wird.
3. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Punkt (226) ein Wendepunkt, ein Extremwert oder ein Punkt maximaler Steigung in der Korrelationsfolge (114) ist.
4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verarbeitungseinrichtung (104) ausgebildet ist, um eine Ableitung der Korrelationsfolge (114) zu ermitteln, und wobei der Punkt (226) ein Extremwert oder Nulldurchgang der Ableitung ist.
5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung eine Detektionseinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, um das Hauptmaximum (222) zu bestimmen.
6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um den Punkt als Folge einer Ermittelung des Hauptmaximums zu ermitteln.
7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um fortlaufend Aus- wahlpunkte zu bestimmen und ansprechend auf ein Ermitteln des Hauptmaximums den Auswahlpunkt als Punkt (226) zu ermitteln, der innerhalb des Intervalls liegt.
8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Verarbeitungseinrichtung (104) eine Interpolationseinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, um die Korrelationsfolge (114) zu interpolieren und eine interpolierte Korrelationsfolge bereitzustellen, und wo- bei die Verarbeitungseinrichtung ausgebildet ist, um den Punkt (226) aus der interpolierten Korrelationsfolge zu ermitteln.
9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um ansprechend auf eine Ermittlung des Punktes (226) ein Triggersignal
(116) mit einer Information über den EintreffZeitpunkt bereitzustellen.
10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um den Eintreffzeit- punkt in Abhängigkeit von dem Hauptmaximum (222) zu bestimmen, wenn in dem Intervall kein Punkt (226) bestimmbar ist.
11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Korrelationsfolge wenigstens ein lokales Nebenmaximum (124) aufweist; und wobei das Intervall auf der einen Seite durch das lokale Nebenmaximum und auf der anderen Seite durch die Spitzenform begrenzt ist.
12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Punkt vor dem Hauptmaximum gelegen ist.
13. Verfahren zum Bestimmen eines EintreffZeitpunkts einer Empfangsfolge in einem Empfänger mit folgenden Schritten:
Ermitteln einer Korrelationsfolge (114) aus einer Korrelation der Empfangsfolge (112) mit einer Sendefolge (113) , wobei die Korrelationsfolge eine Spitzenform mit einem Hauptmaximum (222) aufweist; und
Ermitteln eines Punktes (226) der Korrelationsfolge, der in einem Intervall liegt, das an das Hauptmaximum angrenzt, und Bestimmen des EintreffZeitpunkts in Abhängig von dem Punkt.
14. Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 13, wenn das Compu- terprogramm auf einem Computer abläuft.
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