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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungsverfahren nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1, auf eine Übertragungsvorrichtung nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5, auf ein Empfangsverfahren
nach Anspruch 9, auf eine Empfangsvorrichtung nach Anspruch 13 und
auf ein Übertragungssystem
nach Anspruch 17.
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Bei
einem herkömmlichen
OFDM-System werden Signale oder Information, welche in den Signalen
enthalten sind, auf Hilfsträger
im Frequenzbereich moduliert. Der Abstand zwischen den Hilfsträgern ist
gleich, und die Hilfsträger
sind orthogonal im Frequenzbereich angeordnet. Das entsprechend
angewandte Modulationsschema variiert beispielsweise die Größe und Phase
der beschriebenen Hilfsträger.
Eine herkömmliche Übertragungsvorrichtung zum Übertragen
von OFDM-Signalen umfasst daher als Basiselemente eine Modulationseinrichtung
zum Modulieren des Signals auf mehrere Hilfsträger unter Verwendung eines
OFDM-Modulationsverfahrens, eine Transformationseinrichtung zum
Transformieren der modulierten Signale in den Zeitbereich, und eine Übertragungseinrichtung
zum Übertragen
der Signale. Bei einem herkömmlichen
OFDM-System erweitert eine Übertragungseinrichtung
für OFDM-Signale ein
Zeitbereichssignal nach einer Transformation in den Zeitbereich
(beispielsweise durch eine inverse diskrete Fourier-Transformation)
mit einigen Sicherheitsproben, um Mehrfachpfadeffekte während der Übertragung
zu überwinden. Üblicherweise
wird die Erweiterung des Zeitbereichssignals durch eine zyklische
Erweiterung durchgeführt,
wobei ein Teil der Schwingungsform wiederholt wird. Eine entsprechende
OFDM-Signalempfangsvorrichtung
kann Korrelation unter Verwendung der beiden identischen Schwingungsformteile
durchführen,
um Information bezüglich
des Zeitablaufs der OFDM-Zeitbursts zur weiteren Verarbeitung zu
erlangen. Üblicherweise wird
diese Zeitablaufinformation verwendet, das diskrete Fourier-Transformationsfenster
in der Empfangsvorrichtung optimal einzurichten, um in der Lage
zu sein, die modulierten Hilfsträger
in den Frequenzbereich zu transformieren und diese dann zu demodulieren.
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Um
ein wirksames Übertragungssystem
bereitzustellen, muss die Sicherheitszeit oder die zyklische Erweiterung
so kurz wie möglich
sein, nämlich etwas
größer als
die längste
erwartete Übertragungspfaddauer,
welche eine geringe zyklische Erweiterung auf Basis von Korrelationseigenschaften
in einer Empfangsvorrichtung zur Folge haben kann, wenn die zyklische
Erweiterung sehr kurz ist (beispielsweise nur wenige Proben). In
diesem Fall werden bei bekannten OFDM-Systemen Synchronisationsbursts verwendet,
die lediglich Synchronisationsinformation enthalten. Damit wird
die Übertragungswirksamkeit
reduziert, da ein spezieller Synchronisationsburst, der für den Zeitbereich
bestimmt ist, keine Information (im Frequenz-/Hilfsträgerbereich)
enthält,
die zu übertragen
ist.
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Ein
Verfahren zum Übertragen
von Daten durch Modulieren eines Frequenzmultiplex von Trägern bei
einer relativ niedrigen Symbolrate, wie beispielsweise bei OFDM,
bei dem Intersymbolinterferenz bewusst durch Wiederholen von Symbolgruppen
eingeführt
wird, welche durch einen IFFT-Umformer erzeugt werden, und durch
nachfolgendes anteiliges Nutzen dieser wiederholten Gruppen mittels Symbol-Symbol-Skalierung
mit Koeffizienten, welche eine Fensterfunktion bilden, um Übersprechen
zwischen Daten unterschiedlicher Träger auf der Empfängerseite
zu reduzieren, ist aus der EP-A 0 613 267 bekannt.
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Aus
der
DE 195 20 353 A ist
ein Verfahren bekannt, um ein Übertragungssignal
in einem OFDM-System zu modifizieren, wobei die Redundanz im Zeitbereich
vergrößert wird,
indem die Länge
jedes OFDM-Symbols vergrößert wird,
um die Robustheit des Empfangs zu verbessern, wobei, auf der Empfängerseite,
das Empfangssignal überabgetastet
wird, wodurch ermöglicht
wird, bei einer nachfolgenden FFT lediglich die Hälfte von
Fourier-Koeffizienten zu berechnen. Auf der Übertragerseite wird die Symbollänge um das
2n-fache vergrößert, beispielsweise
durch Erweitern der Quadrierungsperiode, so dass auf der Empfängerseite
entsprechend weniger Koeffizienten berechnet werden müssen.
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Außerdem ist
aus der EP-A 0 730 357 ein Verfahren zum Übertragen von OFDM-Signalen
bekannt, wo Synchronisation durch eine Querkorrelation mit einem
Wiederholungsteil des übertragenen Symbols
erreicht wird.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Übertragungsverfahren
nach Anspruch 1 und eine Übertragungsvorrichtung
nach Anspruch 5 bereitzustellen.
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Vorteilhafte
Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den entsprechenden Unteransprüchen definiert.
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Die
Modulation jedes M-ten Hilfsträgers
nach der vorliegenden Erfindung nach der geglückten Übertragung von den Signalen
in den Zeitbereich, beispielsweise durch eine inverse diskrete Fourier-Transformation,
hat ein Signal zur folge, welches M identische oder entsprechend
gespiegelte Schwingungsformen enthält, wodurch die Gesamtdauer
der OFDM-Zeitbursts noch 1/f0 ist (f0 = der Hilfsträgerabstand). Mit M identischen
Schwingungsformen innerhalb eines OFDM-Zeitbursts kann die entsprechende Empfangsvorrichtung
eine optimierte Korrelation im Zeitbereich durchführen, beispielsweise,
um Zeit- und Frequenzinformation bzw. Synchronisation zu erlangen.
Außerdem
kann Information, welche zu übertragen
ist, auf jeden M-ten Hilfsträger
moduliert werden und die Übertragung
eines speziellen Zeitbereichs-Synchronisationszeitbursts,
der üblicherweise keine
Nutzinformation enthält,
in den Frequenzhilfsträgerbereich
ist nicht notwendig.
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Die
Erfindung kann bei jedem Übertragungssystem
auf Basis eines Multiträger-OFDM-Modulationsverfahrens
angewandt werden, d.h., auf drahtlose und verdrahtete Übertragungssysteme.
Mögliche und
vorteilhafte Anwendungen der vorliegenden Erfindung bei einem drahtlosen Übertragungssystem sind
beispielsweise der RACH (Random Access Channel), der BCCH (Broadcast
Control Channel), und IACH (Initial Acquisition Channel). Allgemein
ist die vorliegende Erfindung speziell bei Szenarien wirksam, wo
herkömmliche
Algorithmen, um die Korrelationszeitbasis-Synchronisation zu verbessern, beispielsweise
das Mittelwertbilden, über
Mehrfachzeitbursts nicht möglich
ist. Die vorliegende Erfindung kann bei irgendeinem OFDM-System
angewandt werden, insbesondere, wo eine robuste Zeitsynchronisation
für weitere
Signalverarbeitung, beispielsweise diskrete Fourier-Transformation,
erforderlich ist.
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Vorteilhafterweise
werden in der Modulationseinrichtung die nichtmodulierten Hilfsträger auf null
gesetzt. Außerdem
werden in vorteilhafter Weise lediglich Hilfsträger mit geradzahligen Indizes
moduliert. Wenn lediglich Hilfsträger mit geradzahligen Indizes
moduliert werden (beispielsweise M = 2), wird ein volles (komplexes)
Zeitbereichssignal, welches aus zwei gleichen Schwingungsformen
besteht, nach der Transformation in den Zeitbereich erlangt (beispielsweise
durch eine inverse diskrete Kosinus-Transformation). Wenn dagegen
lediglich Hilfsträger
mit ungeradzahligen Indizes moduliert werden (beispielsweise M =
2), wird ein volles (komplexes) Zeitbereichssignal nach der Transformation
in den Zeitbereich erlangt, welches zwei entsprechend gespiegelte
Schwingungsformen enthält.
In diesem Fall werden die beiden Schwingungsformen so gespiegelt,
dass das Korrelationsergebnis negativ ist, und eine zusätzliche
Absolutwerteinheit (oder Inverter) ist in der Empfangsvorrichtung
notwendig, um ein positives Korrelationsergebnis und einen korrekten
Frequenz-Offset zu erzielen.
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Vorteilhafterweise
weist die Modulationseinrichtung eine Einrichtung zum Erzeugen ganzzahliger
Werte von 0 bis L-1 auf, wobei L die Anzahl verfügbarer Hilfsträger ist,
wodurch die Modulationseinrichtung jedes M-te Signal auf die Hilfsträger auf
Basis der ganzzahligen Werte moduliert.
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Vorteilhafterweise
werden in der Korrelationseinrichtung der Empfangsvorrichtung nach
der vorliegenden Erfindung die identischen oder entsprechend gespiegelten
Schwingungsformen in Bezug auf die Basis eines Verzögerungswerts
L1 = S/M in Bezug gebracht und über
L2 ≤ S/M
Proben gemittelt, wobei S die Gesamtzahl von Proben in einem OFDM-Zeitburst
ist.
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Es
bei der Empfangsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung weiter
vorteilhaft, eine Spitzenwertermittlungseinrichtung nach der Korrelationseinrichtung
vorzusehen, um Zeitsynchronisation für die Übertragung der Signale in den
Frequenzbereich vorzusehen. Es ist weiter vorteilhaft, eine Frequenz-Offset-Ermittlungseinrichtung
nach der Korrelationseinrichtung vorzusehen, um Frequenzsynchronisation
für die
Transformation der Signale in den Frequenzbereich vorzusehen.
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Das Übertragungssystem
zum Übertragen von
OFDM-Signalen nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine Übertragungsvorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung und eine Empfangsvorrichtung nach
der vorliegenden Erfindung. Dieses Übertragungssystem kann auf
drahtloser oder verdrahteter Übertragung
von Signalen basieren.
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Die
vorliegende Erfindung wird ausführlich mittels
bevorzugter Ausführungsformen
in Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen erläutert,
in denen:
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1 eine
Ausführungsform
der Übertragungsvorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 die
Modulationseinheit der Übertragungsvorrichtung,
welche in 1 gezeigt ist, ausführlicher
zeigt;
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3 ein
Beispiel zur Modulation jedes 4-ten Hilfsträgers mit einem Signal im Frequenzbereich zeigt;
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4 ein
Beispiel für
ein Signal zeigt, welches vier identische Schwingungsformen im Zeitbereich
aufweist;
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5 eine
Ausführungsform
einer Empfangsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 die
Zeit-/Frequenzsynchronisationseinrichtung der Empfangsvorrichtung,
welche in 5 gezeigt ist, ausführlicher
und in allgemeiner Form zeigt;
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7 die
Zeit-/Frequenzsynchronisationseinrichtung der Empfangsvorrichtung,
welche in 5 gezeigt ist, für ein Signal
zeigt, welches zwei identische Schwingungsformen aufweist;
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8 die
Zeit-/Frequenzsynchronisationseinrichtung für die Empfangsvorrichtung,
welche in 5 gezeigt ist, für ein Signal
zeigt, welches vier identische Schwingungsformen aufweist;
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9 die
Frequenz-Offset-Ermittlungseinrichtung ausführlicher zeigt;
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10 ein
Frequenzspektrum für
eine herkömmliche
Korrelation zeigt, welche auf Basis einer zyklischen Erweiterung
eines Zeitbursts durchgeführt wird;
und
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11 ein
Frequenzspektrum für
eine Korrelation nach der vorliegenden Erfindung für einen wahlfreien
Zugriffskanal zeigt.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
einer Übertragungsvorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung. In der Übertragungsvorrichtung, welche
in 1 gezeigt ist, werden Daten 1 in einer
Kanalcodiereinrichtung 2 kanal-codiert und in einer Verschachtelungseinrichtung 3 verschachtelt.
In einer Modulationseinheit 4 werden Signale, welche die dazu übertragenden
Daten tragen, mit einem OFDM-Modulationsverfahren
moduliert. Ein OFDM-System ist ein Multiträgersystem mit mehreren Hilfsträgern. In
der Modulationseinheit 4 werden die Signale, welche die
zu übertragende
Information tragen, bezüglich
jedes M-ten Hilfsträgers
moduliert, wobei M eine ganze Zahl ist und M ≥ 2. Die modulierten Signale,
beispielsweise APM-Signale,
amplituden-phasen-modulierte Signale, werden in den Zeitbereich
in einer inversen diskreten Fourier-Transformationseinrichtung 5 transformiert.
Nach der Transformation in den Zeitbereich werden die transformierten
Signale mit einer zyklischen Erweiterung in einer zyklischen Erweiterungseinrichtung 6a bereitgestellt und
dann in einer Burst-Formeinrichtung 6b geformt. In der
zyklischen Erweiterungs-Einrichtung 6a werden
die OFDM-Zeitbursts mit einer Sicherzeit versehen (= zyklische Erweiterung
des Signals), um Multipfadeffekte während der Übertragung zu mildern. Diese
zyklische Erweiterung dient auch dazu, Korrelation (um Zeit- und
Frequenzsynchronisation zu erreichen) in einer entsprechenden Empfangsvorrichtung
bereitzustellen. Die zyklische Erweiterung besteht in einem Teil
des Signals, welches zum Ende des Signal hinzugefügt ist,
so dass die Empfangsvorrichtung Berechnungen auf Basis der kopierten
Signalteile ausführen
kann, um Korrelation bereitzustellen. Die Burstformungseinrichtung 6b muss
in der Übertragungsvorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung nicht vorgesehen sein, da das beschriebene
Korrelationsverfahren (um Zeit- und Frequenzsynchronisation zu erreichen)
lediglich auf der zyklischen Erweiterung basiert. Die Bereitstellung
der Burstsformeinrichtung 6b verbessert jedoch das Übertragungsspektrum
(verringert falsche Bandabstrahlung).
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Nach
der Burstformungseinrichtung 6b, oder, wenn die Burstformungseinrichtung 6b nicht vorgesehen
ist, nach der zyklischen Erweiterungseinrichtung 6a, werden
die Signale in einem D/A-Umsetzer 7 digital-analog-umgesetzt
und dann in einer HF-Aufwärtsumsetzungseinrichtung 8 HF-aufwärtsumgesetzt,
um durch eine Antenne 9 übertragen zu werden.
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In 2 ist
die Modulationseinrichtung 4 der Übertragungsvorrichtung, welche
in 1 gezeigt ist, ausführlicher gezeigt. Die Übertragungseinrichtung 4 umfasst
einen Hilfsträgerzahl-Erzeuger 10 zum
Erzeugen ganzzahliger Werte 0, 1 ... L-1 entsprechend der verfügbaren Hilfsträgerzahl
L in einem Frequenzschlitz im OFDM-System. Die ganzzahligen Werte, welche
durch den Hilfsträgerzahl-Erzeuger 10 erzeugt
werden, werden zu einer Modulationseinheit 17 geführt. Die
ganzzahligen Werte, welche durch den Hilfsträgerzahl-Erzeuger 10 erzeugt
werden, werden zu einer Modulo-Einrichtung 11 geführt, welche
eine Reihe ganzzahliger Werte in Abhängigkeit vom gewählten Modulationsschritt
der Modulationseinrichtung 4 erzeugt. Wenn beispielsweise
jeder 4-te Hilfsträger
mit einem Signal moduliert ist, so dass M = 4, gibt die Modulo-Einrichtung 11 ganzzahlige
Werte 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, ... aus.
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Das
Ausgangssignal der Modulo-Einrichtung 11 wird zu einer
Vergleichseinrichtung 12 geführt, welche die ganzzahligen
Werte, welche durch die Modulo-Einrichtung 11 bereitgestellt
werden, mit ganzzahligen Werten vergleicht, welche durch eine Vergleichswertgenerator 13 erzeugt
werden. Die Vergleichseinrichtung 12 gibt ein "aktives" Signal an eine Schalteinrichtung 14 aus,
wenn die Eingangssignale von der Modulo-Einrichtung 11 und
dem Vergleichswerterzeuger 3 gleich sind. Wenn beispielsweise
im obigen Beispiel der Vergleichswertgenerator 13 einen
ganzzahligen Wert "1" erzeugt, gibt die
Vergleichseinrichtung 12 ein "aktives" Signal jedes vierte Mal aus, wenn ein
ganzzahliger Wert "1" von der Modulo-Einrichtung 11 zugeführt wird
(M = 4). Ansonsten ist das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 12 ein "nichtaktives" Signal. Wenn die
Schalteinrichtung 14 ein "aktives" Signal von der Vergleichseinrichtung 12 erlangt,
verbindet sie eine Leitung 16, welche Signale mit Daten
bereitstellt, welche mit der Modulationseinheit 17 zu modulieren
sind. Wenn die Schalteinrichtung 14 ein "nichtaktives" Signal von der Vergleichseinrichtung 12 erlangt,
verbindet sie einen Nullanschluss 15 mit der Modulationseinheit 17.
Im obigen Beispiel (M = 4) verbindet daher die Schalteinrichtung 14 die
Datenleitung 16 bei jedem vierten Mal, wenn ein ganzzahliger
Wert durch den Hilfsträgerzahl-Erzeuger 10 erzeugt
wird, mit der Modulationseinheit 17. Daher wird jeder vierte
Hilfsträger
mit Signalen moduliert, welche Daten in die Modulationseinheit 17 tragen.
Die anderen Hilfsträger
werden in der Modulationseinheit 17 nicht moduliert, da
die Schalteinrichtung 14 den Nullanschluss 15 in
dem Zeitpunkt auswählt,
wo diese Hilfsträger
zur Modulationseinheit 17 geführt werden. Am Nullanschluss 15 wird
ein "0"-Wert zugeführt (komplex:
0 = 0 + jx0), so dass die anderen Hilfsträger nicht moduliert werden.
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In 3 ist
eine Frequenzbereichsdarstellung für die Modulation jedes 4-ten Hilfsträgers gezeigt.
Die Horizontalachse zeigt die Anzahl S = 32 der inversen diskreten
Fourier-Transformationsproben 0...31, und Vertikalachse zeigt die
Größe der Hilfsträger. Außerdem ist
ein Frequenzschlitz, der L = 24 (0...23) verfügbare Hilfsträger aufweist,
gezeigt, wobei jeder Hilfsträger
in der inversen diskreten Fourier-Transformationseinrichtung 5 abgetastet
wird. Jeder 4-te Hilfsträger 18 (Hilfsträgernummer
0, 4, 8, 1, 16 und 20) wird mit einem Signal moduliert, wobei der
Abstand zwischen benachbarten Hilfsträgern f0 beträgt. Die
IDFT-Proben 0...3 und 28...31 sind nicht modulierte Sicherheits-Hilfsträger (um
eine Leistung-2 DFT durchzuführen,
hier 32-Punkt-DFT), und die Proben 4...27 sind die verwendeten Hilfsträgerproben
(hier wurde angenommen, dass ein Frequenzschlitz aus 24 Hilfsträgern besteht).
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4 zeigt
die entsprechenden Zeitbereichs-Schwingungsformen für das Beispiel,
welches in 3 gezeigt ist, wo jeder 4-te
Hilfsträger
moduliert ist. Die Modulation jedes 4-ten Hilfsträgers führt zu Zeitbereichssignalen,
welche vier identische Schwingungsformen enthalten, da lediglich
Hilfsträger
mit geradzahligen Indizes (vergleiche 3) moduliert
wurden.
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In 4A ist das IN-Teil (phasengleiches Teil),
und in 4B ist das QUAD-Teil (Quadraturteil) eines
Schwingungsformsignals im Zeitbereich, bei dem jeder vierte Hilfsträger im Frequenzbereich
moduliert wurde, gezeigt. 4C zeigt
die Hüllkurve
des IN-Teils und des Quad-Teils, welches in 4A bzw. 4B gezeigt ist (Hüllkurve = SQRT {IN·IN + QUAD·QUAD}).
Wie man ersehen kann, enthalten die Schwingungsformsignale vier
identische Schwingungsformen, da im Frequenzbereich lediglich Hilfsträger mit
geradzahligen Indizes moduliert wurden. Die Modulation von Hilfsträgern mit
lediglich ungeradzahligen Indizes führt zu Schwingungsformen, die leicht
unterschiedlich gegenüber
den Schwingungsformen sind, die in 4 gezeigt
sind. Die Modulation von Hilfsträgern
mit lediglich ungeradzahligen Indizes führt nach der Transformation
im Zeitbereich zu Schwingungsformsignalen mit entsprechend gespiegelten
Schwingungsformen. In diesem Fall wird jede zweite Schwingungsform
im Zeitbereichssignal in Bezug auf die entsprechende vorhergehende Schwingungsform
gespiegelt. Wenn eine Probe in einer ersten Schwingungsform ist:
x1 = a + jxb, ist die entsprechende Probe
in der zweiten Schwingungsform: x2 = (–a – jxb) =
(–1)·(a + jxb).
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In 5 ist
eine Ausführungsform
einer Empfangsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Daten, welche beispielsweise von einer Übertragungsvorrichtung übertragen
werden, wie in 1 gezeigt ist, werden in einer
Antenne 19 empfangen und in einer HF-Abwärtsumsetzungseinrichtung 20 HF-abwärtsumgesetzt.
Danach werden die Signale in einem A/D-Umsetzer 21 analog-digital-umgesetzt
und zu einer Zeit-/Frequenzsynchronisationseinrichtung 22 geführt. In
der Zeit-/Frequenzsynchronisationseinrichtung 22 werden
die empfangenen Signale korreliert und synchronisiert, so dass eine
genaue Transformation in Bezug auf den Frequenzbereich in der nachfolgenden
diskreten Fourier-Transformationseinrichtung 23 ausgeführt werden
kann. Die transformierten Signale werden dann in einer Demodulationseinrichtung 24 demoduliert. Die
demodulierten Signale werden in einer Entschachtelungseinrichtung 25 entschachtelt
und dann in einer Kanal- Decodiereinrichtung
kanal-decodiert. Die Kanal-Decodiereinrichtung 26 gibt
Datensignale aus, die weiter verarbeitet werden.
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In 6 ist
die Zeit-/Frequenzsynchronisationseinrichtung 22 der Empfangsvorrichtung,
welche in 5 gezeigt ist, so gezeigt, dass
diese eine allgemeine Struktur hat. Die Zeit-/Frequenzsynchronisationseinrichtung 22 besteht
allgemein aus einer Korrelationseinrichtung mit einem oder mehreren
Korrelatorteilen 28, 29, 30, 31 und
einer Bewegungsmittelwertbildungseinrichtung 40. Nach der
Bewegungsmittelwertbildungseinrichtung 40 ist eine Absolutwerteinrichtung 45 vorgesehen.
Nach der Absolutwerteinrichtung 45 kann eine Spitzenwert-Ermittlungseinrichtung 46 vorgesehen
sein. Das Ausgangssignal der Spitzenwert-Ermittlungseinrichtung 46 und
das Ausgangssignal der Bewegungsmittelwertbildungseinrichtung 40 können auch
zu einer optional-vorgesehenen
Frequenz-Offset-Ermittlungseinrichtung 47 geführt werden.
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Die
Zeit-/Frequenzsynchronisationseinrichtung 22 umfasst (M-1)
Korrelatorteile. Wenn beispielsweise jeder 4-te Hilfsträger moduliert
wird, umfasst die Zeit-/Frequenzsynchronisationseinrichtung 22 drei
Korrelatorteile, wie ausführlicher
in 8 gezeigt ist.
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In 6 wird
das Ausgangssignal des A/D-Umsetzers 21 zu einem ersten
Korrelatorteil 28 geführt,
welches eine Verzögerungseinrichtung 32 und
einen Multiplizierer 35 aufweist. Das Ausgangssignal des
A/D-Umsetzers wird zur Verzögerungseinrichtung 32 geführt, welche
das Signal mit einem Faktor z–L1 verzögert. Das
Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung
und das Ausgangssignal des A/D-Umsetzers 21 werden im Multiplizierer 35 multipliziert.
Das Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung 32 wird
weiter zu einer Verzögerungseinrichtung 33 und
einem Multiplizierer 36 eines zweiten Korrelatorteils 29 geführt. Die
Verzögerungseinrichtung 33 verzögert das
Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung
mit einem Faktor z–L1. Das Ausgangssignal
der Verzögerungseinrichtung 33 wird
im Multiplizierer 36 mit dem Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung 32 multipliziert.
Die Ausgangssignale der Multiplizierer 35 und des Multiplizierers 36 werden
in einem Addierer 38 addiert. Aufeinanderfolgende Korrelatorteile
und Addierer sind durch einen Block 30 symbolisiert. Das
(M-1)-te Korrelatorteil 31 verzögert das Ausgangssignal der
Verzögerungseinrichtung
des vorhergehenden Korrelatorteils in einer Verzögerungseinrichtung 34 mit
einem Faktor z–L1 und multipliziert
das Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung 34.
Das Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung 34 wird
in einem Multiplizierer 37 mit dem Ausgangssignal der vorhergehenden
Verzögerungseinrichtung
multipliziert. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 37 wird
in einem Addierer 39 zum Ausgangssignal eines vorhergehenden
Addierers addiert.
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Danach
wird das Ausgangssignal des letzten Addierers
39 zur Bewegungsmittelwertbildungseinrichtung
40 geführt. In
der Bewegungsmittelwertbildungseinrichtung
49 wird das
ankommende Signal in einer Verzögerungseinrichtung
41 mit
einem Faktor z
–L2 verzögert. In
einem Addierer
42 wird das Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung
41 vom ankommenden
Signal subtrahiert. Das Ausgangssignal des Addierers
42 wird
zu einem Addierer
43 geführt, welches mit seinem eigenen
Ausgangssignal verzögert
um den Faktor z
–1 in einer Verzögerungseinrichtung
44 zurückgeführt wird.
Die Bewegungsmittelwerteinrichtung führt somit folgende Funktion durch:
was bedeutet y(m) = x(m)
+ (m-1) + ... + x(m-L2), wenn das Eingangssignal der MAV-Einrichtung
40 definiert
ist als x(m) und deren Ausgangssignal definiert ist als y(m).
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Im
Beispiel von 6 und auch in den Beispielen
von 7 und 8 ist der Korrelationsverzögerungswert
L1 gleich L1 = S/M. Der Bewegungsmittelwert L2 beträgt L2 ≤ S/M, so dass
ein Signal, welches zur Bewegungsmittelwertbildungseinrichtung 40 geführt wird, über L2 ≤ S/M Proben
verzögert wird.
In beiden Fällen
ist S die gesamte Anzahl von Proben in einem OFDM-Zeitburst. Im
in 3 gezeigten Beispiel beträgt S = 32 und M = 4, so dass
L1 = 8 und L2 ≤ 8.
Die beste Leistung wird erreicht, wenn L2 in der Nähe von S/M
ist, wobei dies im Beispiel von 3 bedeutet,
dass L2 in der Nähe
von 8 Proben sein sollte (beispielsweise 6, 7 oder 8 Proben).
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In
der Korrelationseinrichtung 28, 29, 30, 31 und
der Bewegungsmittelwertbildungseinrichtung 40 wird Korrelation
im Zeitbereich, um Zeitsynchronisationsinformation für weitere
Verarbeitung der ankommenden Signale zu erlangen, durchgeführt. Das
Ausgangssignal der Bewegungsmittelwertbildungseinrichtung 40 wird
dann zu einer Absolutwerteinrichtung 45 geführt. Das
Ausgangssignal der Absolutwerteinrichtung 45 wird zu einer
Spitzenwertermittlungseinrichtung 46 geführt, welche
das beste Korrelationsergebnis für
eine optimale Schätzung
der Fensterposition der diskreten Fourier-Transformation in der
diskreten Fourier-Transformationseinrichtung 23 identifiziert.
In einem idealen Übertragungsfall
ist das Imaginärteil
des korrelierten Signals null. Im Fall eines Frequenz-Offsets im übertragenen
Signal ist das Imaginärteil
des korrelierten Signals nicht null, so dass eine Frequenz-Offset-Ermittlung
in einer Frequenz-Offset-Ermittlungseinrichtung 47 durchgeführt werden
muss. Wenn herkömmlicherweise
alle Hilfsträger
moduliert sind, ist der Frequenz-Offset-Ermittlungsbereich begrenzt
auf – f0/2 ... + f0/2, wobei
f0 der Hilfsträgerabstand ist. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Frequenz-Offset-Ermittlungsbereich in der Frequenz-Offset-Ermittlungseinrichtung 47 auf Mx(–f0/2)...Mx(+f0/2)
ausgedehnt, wobei f0 der Hilfsträgerabstand
ist. Daher wird der Frequenz-Offset-Ermittlungsbereich vorteilhafterweise
gemäß der vorliegenden
Erfindung erweitert. Das Ausgangssignal der Frequenz-Offset-Ermittlungseinrichtung 47 und
der Spitzenwertermittlungseinrichtung 46 werden zur Zeit-/Frequenzsynchronisation
in der nachfolgenden diskreten Fourier-Transformationseinrichtung 23 verwendet.
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In
einem Fall, bei dem lediglich Hilfsträger mit ungeradzahligen Indizes
moduliert werden, kann eine zusätzliche
Absolutblockeinrichtung (oder Vorzeicheninverter) in der Empfangseinrichtung
verwendet werden, um ein positives Korrelationsergebnis zu erzielen.
Diese zusätzliche
Absolutblockeinrichtung kann beispielsweise zwischen dem letzten
Korrelationsteil und der Bewegungsmittelwertbildungseinrichtung 40 vorgesehen
sein. Um lediglich Zeitsynchronisation zu erlangen, ist dieser Block
nicht notwendig, da die Absolutwerteinrichtung 45 in 5 schon
positive Ergebnisse bereitgestellt. Um jedoch eine korrekte Frequenzermittlung
(Synchronisation) zu erlangen, ist diese zusätzliche Absolutblockeinrichtung
erforderlich.
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In 7 ist
eine Zeit-/Frequenzsynchronisationseinrichtung 22 für M = 2
gezeigt. In diesem Fall besteht die Korrelationseinrichtung lediglich
aus einem Korrelatorteil 28. Der Korrelationsverzögerungswert
L2 beträgt
S/2, und der Bewegungsmittelwertbildungsparameter L2 kleiner oder
gleich S/2, wodurch die beste Leistung erzielt werden kann, wenn
L2 in der Nähe
von S/2 ist.
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In 8 ist
die Zeit-/Frequenzsynchronisationseinrichtung 22 für M = 4
gezeigt. In diesem Fall beträgt:
L1 = S/4 und L2 ≤ S/4.
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In 9 ist
die Frequenz-Offset-Ermittlungseinrichtung 47, welche in 6, 7 und 8 gezeigt
ist, ausführlicher
gezeigt. Wie oben ausgeführt, ist
der Frequenz- Offset-Ermittlungsbereich
vorteilhaft gemäß der vorliegenden
Erfindung erweitert. Die Struktur der Frequenz-Offset-Ermittlungseinrichtung 47,
welche in 9 gezeigt ist, liefert diesen
erweiterten Frequenz-Offset-Ermittlungsbereich.
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Der
Frequenz-Offset beträgt: Δf = Mxf0x(1/2π)xarctan(q/i),
wobei M die Anzahl der wiederholten Schwingungsformen in einem OFDM-Zeitburst
ist, f0 der Hilfsträgerabstand ist, "i" der IN-Phasenteil ist und "q" der Quadraturteil des komplexen Ausgangssignals
der MAV-Einrichtung 40 ist. Wie in 9 gezeigt
ist, umfasst die Frequenz-Offset-Ermittlungseinrichtung 47 eine
Spalteinrichtung 48, eine Berechnungseinrichtung 49 und
einen Multiplizierer 50. In der Spalteinrichtung 48 wird
das komplexe Ausgangssignal der MAV-Einrichtung 40 getrennt
in eine "IN"- und eine "QUAD"-Komponente getrennt,
wenn die Spalteinrichtung 48 ein Spitzenwertermittlungssignal
von der Spitzenwertermittlungseinrichtung 46 empfängt. Die
Spitzenwertermittlungseinrichtung erzeugt ein Spitzenwertermittlungssignal,
jedes Mal, wenn sie einen Spitzenwert ermittelt. Die "IN"- und "QUAD"-Komponente von der Trenneinrichtung 48 werden
dann zur Berechnungseinrichtung 49 geführt. Die Berechnungseinrichtung 49 berechnet
den mathematischen Ausdruck (1/2π)xarctan(q/i),
was in einer Nachschlagetabelle (Hardware-Realisierung) ausgeführt werden
kann oder in einem Prozessor berechnet werden kann. Das Berechnungsergebnis
von der Berechnungseinrichtung 49 wird zum Multiplizierer 50 geliefert.
Der Multiplizierer 50 multipliziert das Berechnungsergebnis
von der Berechnungseinrichtung 49 mit M (Anzahl von wiederholten
Schwingungsformen in einem OFDM-Zeitburst). Das Ergebnis der Multiplikation
im Multiplizierer 50 ist der Frequenz-Offset Δf als ein Bruch
des Hilfsträgerabstands
f0 (Ergebnis = Δf/f0). Der
ermittelte Frequenz-Offset wird in der Synchronisationseinheit 22 der
Empfangsvorrichtung verwendet, um die Frequenzsynchronisation zu
erlangen.
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In 10 ist
ein Frequenzspektrum eines herkömmlichen
korrelierten Signals (zyklische Erweiterung) gezeigt und wird mit
einem Frequenzspektrum verglichen, welches in 11 gezeigt
ist, für
ein Signal, welches gemäß der vorliegenden
Erfindung korreliert ist. Der Parameter für das in 10 gezeigte
Beispiel wurde für
einen RACH-Burst berechnet. Dessen Parameter sind: Signal-Rausch-Verhältnis: 6,0dB,
Frequenz-Offset: –0,30001 × f0, Sicherheitsproben pro Burst: 16, RACH-Schema:
4, Anzahl von RACH-Schlitzen: 4, diskrete Fourier-Transformationsgröße (Anzahl
von Hilfsträgern
oder Anzahl von OFDM-Burst-Proben): 128, und verwendete Hilfsträger pro
Schlitz: 96.
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Wie
man ersehen kann, liefert die vorliegende Erfindung eine sehr gute
Spitzenwertermittlung im Vergleich zur herkömmlichen Korrelation. Die vier Bursts
im Signalstrom können
deutlich identifiziert werden. Die ermittelten Frequenz-Offset-Werte sind: 0,3004;
0,3081, 0,3117 und 0,3151, was sehr genau ist (Fehler < 5%).
