DE69933409T2

DE69933409T2 - Verfahren un Anordnung zum Erreichen und Aufrechterhalten der Symbolsynchronisierung in einem OFDM-Übertragungssystem

Info

Publication number: DE69933409T2
Application number: DE69933409T
Authority: DE
Inventors: Arto Palin
Original assignee: Nokia Technology GmbH
Current assignee: NOKIA CORPORATION, DE
Priority date: 1998-05-07
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2019-05-01
Also published as: FI106592B; EP0955754B1; FI981015A; DE69933409D1; EP0955754A1; US6421401B1; FI981015A0

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen die Synchronisierung eines Funkempfängers mit einem empfangenen Signal. Insbesondere betrifft die Erfindung die Durchführung einer Symbolsynchronisierung in einem System, wobei das empfangene Signal ein bestimmtes Schutzintervall enthält, dessen zeitliche Abstimmung genau beim Empfang sein muss, so dass potenzielle Mehrwegekomponenten in dem empfangenen Signal in einer optimalen Weise benutzt werden können.
Die Abkürzung OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex = orthogonales Frequenzmultiplexverfahren) betrifft ein Modulationsverfahren, bei dem die Übertragungsvorrichtung das übertragene Signal in mehrere Unterträger aufteilt und kombiniert, die auf der Frequenzachse in regulären Intervallen auf einem bestimmten Frequenzband angeordnet sind und gleichzeitig gesendet werden. Bekannte Hochfrequenz-Kommunikationssysteme, welche eine OFDM-Modulation einsetzen, weisen das DAB-(Digital Audio Broadcasting = digitaler Hörfunk) und DVB-(Digital Video Broadcasting = Digitalfernsehen) System auf. Ersteres ist in den Richtlinien der Europäischen Rundfunkvereinigung (EBU) und des Europäischen Instituts für Telekommunikationsrichtlinien (ETSI) im Umriss beschrieben und Letzteres ist im Umriss in einer Entwurfsrichtlinie der gleichen Organisationen beschrieben. In diesen Systemen wird ein Abschnitt eines digitalen Signals, das auf einem bestimmten Unterträger übertragen werden soll, in Phasen- und/oder Amplitudenveränderungen im Hinblick auf eine bestimmte bekannte Phase verschlüsselt. Diejenige Zeitscheibe des übertragenen Signals, während derer der Modulationsphasenzustand bei jeder Unterträgerfrequenz getrennt konstant ist, wird ein OFDM-Symbol oder kurz Symbol genannt.
Ein erfolgreicher OFDM-Empfang erfordert, dass der Empfänger die korrekte Symbolsynchronisierung und Probenfrequenz beibehält. Symbolsynchronisierung bedeutet, dass der Empfänger weiß, zu welchem Zeitpunkt jedes Symbol beginnt, und die Symbolerkennung dementsprechend zeitlich abstimmt. Probenfrequenz bezieht sich hier auf die Frequenz, bei welcher der A/D-Wandler in dem Empfänger aus der empfangenen analogen Schwingung Proben entnimmt, um das Signal in eine digitale Form umzuwandeln, wodurch der A/D-Wandler und nachfolgende Schaltkreise interpretieren können, auf welche Bits oder Bitkombinationen in dem digitalen Datenstrom sich die Signalphasenveränderungen beziehen. Außerdem muss der Empfänger die Frequenzsynchronisierung beibehalten, das heißt, den Empfang abstimmen und Schaltkreise vermischen, so dass das erkannte Frequenzband alle Unterträger des OFDM-Signals mit einer Genauigkeit abdeckt, die weniger als die Hälfte der Differenz zwischen zwei benachbarten Unterträgern beträgt. Die Beibehaltung der Symbolsynchronisierung, Probenfrequenz und Frequenzsynchronisierung ist besonders schwierig, wenn sich der Sender und der Empfänger zueinander bewegen. Der Empfänger kann sich zum Beispiel in einem Auto befinden, wobei sich der Ausbreitungsweg des Funksignals konstant verändert, während sich das Auto in einer Stadtumgebung bewegt, was zu Schwächung und Reflektionen führt. Der Empfänger kann sich auch in einem Satelliten befinden, wobei sich die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Empfänger und dem Satelliten verändert und möglicherweise mehrere Kilometer pro Sekunde beträgt, während sich der Satellit bewegt. Diese Patentanmeldung befasst sich insbesondere mit dem Erreichen und Beibehalten einer Symbolsynchronisierung.
Ein Einstellungsverfahren für die Symbolsynchronisierung und Probenfrequenz in einer Vorrichtung, die OFDM-modulierte Übertragungen empfängt, sowie eine Vorrichtung, welche solch ein Verfahren ausführt, ist aus der finnischen Patentanmeldung Nr. 963649 bekannt. Das offenbarte Verfahren basiert auf der Benutzung von Eigenschaften bezüglich der Wechselbeziehung zwischen Zeit und Domäne des Bezugssignals in einer OFDM-Übertragung. In dem DAB-System bedeutet das Bezugssignal ein Phasenbezugssymbol und die Wechselbeziehung zwischen dem empfangenen Format und dem bekannten Format dieses Symbols bringt die sofortige Impulsantwort hervor. In dem DVB-System wird die Impulsantwort für vier aufeinander folgende Symbole aus den verteilten Pilotunterträgern geschätzt. Die erforderlichen Veränderungen in der Symbolsynchronisierung und Probenfrequenz können gefolgert werden, indem überwacht wird, wie sich die Impulsantwort von einer Messung zur anderen verändert. Die Symbolsynchronisierung wird vorzugsweise derart festgelegt, dass das Schutzintervall zwischen den Symbolen mit dem Beginn der Wechselbeziehungsfunktion übereinstimmt, welche die Impulsantwort repräsentiert. Ein Probenfrequenzfehler zeigt sich zwischen den Messungen als eine langsame und monoton kontinuierliche Verschiebung des Maximums der Wechselbeziehungsfunktion, welche die Impulsantwort repräsentiert. Durch Korrigieren der Probenfrequenz versucht der Empfänger, diese Veränderungen zu beseitigen.
Aus der Veröffentlichung „Low-Complex Frame Synchronization in OFDM Systems" von J.-J. van de Beek, M. Sandell, M. Isaksson, P.O. Börjesson, IEEE International Conference on Universal Personal Communications, Tokio, 1995, ist ein Verfahren zum Erreichen einer Symbolsynchronisierung durch Benutzen der Eigenschaften von Daten bekannt, die in einem OFDM-System übertragen werden. Dieses Verfahren wird nachstehend kurz erläutert. 1 stellt ein einfaches OFDM-Systemmodell dar, wobei komplexe Zahlen x_k kϵ[1, N], die aus einem Hauptsatz oder einer Hauptkonstellation entnommen werden, übertragen werden sollen (vgl. erlaubte Punkte in einem Phasen-Amplituden-Koordinatensystem bei einer Quadratur-Amplituden-Modulation, QAM). Die komplexen Zahlen x_k werden zum Modulieren von N Unterträgern mittels einer umgekehrten diskreten Fourier-Transformation (IDFT) in Block 101 benutzt. Das Ergebnis sind N Proben s, von denen die letzten L an den Anfang des Probensatzes kopiert werden. Nach dem Kopieren ist die Anzahl von Proben N + L, wobei eine gegebene Probe als s_k gekennzeichnet werden kann, wobei kϵ[1, N + L] gilt. Die an den Anfang des Probensatzes kopierten Proben bilden ein so genanntes Schutzintervall, da sie in der Zeitdomäne als ein Zeitraum am Anfang des Symbols erscheinen, dessen Inhalte eine Kopie des Endes des Symbols sind.
Ein Parallel-Seriell-Umwandler 102 wird benutzt, um ein OFDM-Symbol, das als s(k) gekennzeichnet ist, zu erzeugen. Wenn sich das Symbol s(k) von dem Sender durch einen gegebenen Kanal zu einem Empfänger bewegt, wird es von der Impulsantwort h(k) des Kanals beeinflusst und ein Rauschen n(k) wird hinzugefügt. Der Empfänger sieht die empfangene Probensequenz, die mit r(k) gekennzeichnet ist. Letztere wird in Block 103 einer Seriell-Parallel-Umwandlung unterzogen, welch Proben r_k erzeugt, wobei noch immer kϵ[1, N + L] gilt. Nur die letzten N Proben sind unabhängig voneinander und werden zu Block 104 gebracht, wo eine diskrete Fourier-Transformation stattfindet. Die Symbolsynchronisierung ist die gleiche wie beim Herausfinden, aus welcher Stelle in der empfangenen Probensequenz die letzten N Proben entnommen werden. Das Endergebnis sind komplexe Zahlen y_k kϵ[1, N]. Wenn der Empfang vollen Erfolg hatte, sind diese komplexen Zahlen die gleichen wie die übertragenen komplexen Zahlen x_k.
In dem Verfahren wird eine Kopie r(k – N) des empfangenen Symbols r(k) hergestellt und die Kopie wird um N Proben bezüglich des ursprünglichen empfangenen Symbols verzögert. Eine Wechselbeziehungsfunktion zwischen der Kopie und dem Original wird wie folgt definiert: j(k) = r(k)r·(k – N) (1)worin·für eine komplexe Konjugation steht. Danach kann die bewegliche Summe berechnet werden, indem ein Fenster von L Proben
berechnet wird und das Fenster über die empfangene Probensequenz für die Länge von 2N + L Proben geschoben wird. 2 zeigt eine empfangene Probensequenz r(k) mit einem Schutzintervall 201 für ein Symbol und dem entsprechenden Zeitraum 202 an dem Ende des Symbols, eine Kopie r(k – N) der empfangenen Probensequenz, Sequenzabschnitte 201' und 202', die dem Schutzintervall 201 und den ursprünglichen Proben 202 entsprechen, und ein Wechselbeziehungsergebnis j(k) mit einem Zeitraum 203, der für eine hohe Wechselbeziehung steht. Außerdem zeigt 2 den Wert der beweglichen Summe u(k) in einer Weise, dass der Wert auf der u(k)-Kurve der Summe nach Gleichung (2) entspricht, wobei in diesem Fenster die rechte Ecke davon mit dem fraglichen Wert übereinstimmt.
Die Figur zeigt, dass die u(k)-Kurve eine andere Wechselbeziehungsspitze 204 aufweist, deren Oberwert mit dem Ende eines gegebenen Symbols in der ursprünglichen Probensequenz übereinstimmt. In dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik basiert die Symbolsynchronisierung auf der Erkennung des Oberwertes der Wechselbeziehungsspitze 204.
Die oben beschriebenen Verfahren gemäß dem Stand der Technik sind auch dann anwendbar, wenn die Verzögerungsverteilung des Signals klein ist, das heißt, sich alle bedeutenden Komponenten des Signals, das durch eine Mehrwegausbreitung bewirkt wird, hinsichtlich der Zeit relativ nah zueinander befinden. Aus dem Stand der Technik ist kein effizientes Verfahren zum Beibehalten einer Symbolsynchronisierung in einem OFDM-Empfänger bekannt, wenn die Verzögerungsverteilung groß ist.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erreichen und Beibehalten einer Symbolsynchronisierung in einer Vorrichtung bereitzustellen, welche OFDM-modulierte Übertragungen empfängt. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, dass das Verfahren gemäß der Erfindung weder eine unangemessene Berechnungskapazität noch schwer herzustellende spezielle Komponenten erfordert und dass die Vorrichtung, welche das Verfahren ausführt, hinsichtlich ihrer Herstellungskosten für eine Serienherstellung im großen Umfang geeignet ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird erreicht, indem in dem Empfänger eine Wechselbeziehung zwischen zwei zueinander verzögerten Probensequenzen berechnet wird und danach eine Wechselbeziehung zwischen zwei so berechneten Wechselbeziehungsergebnissen berechnet wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erreichen und Beibehalten einer Symbolsynchronisierung in einem Empfänger, das die folgenden Schritte umfasst, in denen

– die Wechselbeziehung zwischen einer unverzögerten Probensequenz, die ein empfangenes Signal repräsentiert, und einer verzögerten Probensequenz, die ein empfangenes Signal repräsentiert, berechnet wird, und
– eine bewegliche Summe aus der berechneten Wechselbeziehung berechnet wird, um eine Wertesequenz zu erzeugen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist durch die Merkmale gekennzeichnet, die in dem kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs beschrieben sind, der sich auf das Verfahren bezieht.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Empfängervorrichtung zum Ausführen des Verfahrens. Der Empfänger gemäß der Erfindung ist durch die Merkmale gekennzeichnet, die in dem kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs beschrieben sind, der sich auf einen Empfänger bezieht.
Die Schwächen der Verfahren gemäß dem Stand der Technik werden besonders deutlich, wenn das Rauschen stark ist (das Verhältnis von Signal zu Rauschen schlecht ist) und die Mehrwegausbreitung bewirkt, dass die Kanalimpulsantwort über einen Zeitraum verteilt wird, der mit der Länge des Schutzintervalls vergleichbar ist. Aufgrund des Rauschens ist eine Wechselbeziehungsspitze, die gemäß dem Stand der Technik berechnet wird, nicht ausgeprägt und die Mehrwegausbreitung kann zu mehreren Wechselbeziehungsergebnissen führen, für welche der Empfänger nur schwer den richtigen Zeitpunkt auswählen kann. Die doppelte Wechselbeziehung gemäß der Erfindung reduziert erstens die Auswirkung von Rauschen auf die Wechselbeziehungsspitzen. Zweitens kann das Verfahren gemäß der Erfindung die Symbolsynchronisierung derart beeinflussen, dass sich der Großteil der Leistung der Impulsantwort innerhalb des Schutzintervalls befindet, der gemäß der Erfindung zeitlich abgestimmt ist, so dass der Empfänger die besten Chancen hat, die Energie der stärksten Mehrwegkomponenten zu benutzen.
In dem Verfahren gemäß der Erfindung werden eine Wechselbeziehung und eine bewegliche Summe zwischen der ursprünglichen Probensequenz und einer Probensequenz, die um eine Anzahl von Proben verzögert worden ist, welche der Länge der Informationsinhalte selbst entspricht, in bekannter Weise berechnet. Danach werden eine Wechselbeziehung und ein absoluter Wert der beweglichen Summe zwischen dem so erhaltenen Wechselbeziehungsergebnis und einem Wechselbeziehungsergebnis berechnet, das um eine Anzahl von Proben verzögert worden ist, die der Länge des gesamten Symbols entspricht. Die letztgenannte Wechselbeziehungsberechnung bringt einen Wechselbeziehungsspitzenwert hervor, welcher den Punkt anzeigt, bei welchem sich der Großteil der Leistung der Kanalimpulsantwort innerhalb des Summierungsfensters befindet, das bei der Berechnung der beweglichen Summe benutzt wird. Der Wechselbeziehungsspitzenwert wird benutzt, um die Symbolsynchronisierung zu erreichen und beizubehalten.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann durch ein Verfahren ergänzt werden, welches einen Frequenzfehler kompensiert, der von einem nicht ideal festgelegten Fourier-Transformationsfenster verursacht worden ist. Dies wird erreicht, indem ein komplexer Multiplikator benutzt wird, der die Frequenzfehler aller Symbole mittels einer bekannten Kanalentzerrung entzerrt, so dass der konstante Frequenzfehler kompensiert werden kann.
Die Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen und die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben, in denen
1 ein bekanntes OFDM-Systemmodell darstellt,
2 eine bekannte Anordnung zum Berechnen einer einfachen Wechselbeziehung darstellt,
3 eine Ausführungsform der Erfindung darstellt,
4 eine Anordnung mit Frequenzfehlerkompensation darstellt,
5 eine zweite Ausführungsform der Erfindung darstellt,
6a eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, die in einem Empfänger angeordnet ist, und
6b eine zweite Ausführungsform der Erfindung darstellt, die in einem Empfänger angeordnet ist.
Oben wurde in Verbindung mit der Beschreibung des Standes der Technik auf 1 und 2 Bezug genommen, deshalb wird nachstehend in der Beschreibung der Erfindung und ihrer bevorzugten Ausführungsformen hauptsächlich auf 3 bis 6b Bezug genommen. In den Figuren sind ähnliche Elemente mit ähnlichen Bezugszeichen versehen.
Die Erfindung basiert auf dem Verfahren, das oben in der Beschreibung des Standes der Technik erläutert worden ist, wobei aus einem empfangenen Symbol r(k) eine Kopie r(k – N) erstellt wird und die Kopie bezüglich des ursprünglich empfangenen Symbols um N Proben verzögert wird. Ein konstantes N entspricht der Anzahl von Unterträgern in dem System und auch der Länge in Proben des Informationsabschnitts des Symbols an sich. Eine Wechselbeziehungsfunktion gemäß Gleichung (1) wird zwischen der Kopie und dem Original derart definiert, dass es möglich ist, eine bewegliche Summe gemäß Gleichung (2) durch Schieben eines Fensters, dessen Länge L Proben beträgt, über die empfangene Probensequenz für die Länge von 2N + L Proben zu berechnen. Folglich entspricht ein konstantes L der Länge in Proben des Schutzintervalls des Symbols und die Summe N + L entspricht der Länge in Proben des gesamten Symbols.
Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung werden eine zweite Wechselbeziehung und bewegliche Summe berechnet, wobei jeder einzelne Wert mit Hilfe der folgenden Gleichung bestimmt werden kann
Das Berechnen der Summe bedeutet, dass der Wert gemäß Gleichung (3) für jeden k-Indexwert getrennt berechnet wird. Außerdem berücksichtigt Gleichung (3) den absoluten Wert der beweglichen Summe, wodurch eine Unabhängigkeit von der Frequenz in dem geprobten Signal erreicht wird. Wenn der Kanal, durch welchen das Signal von dem Sender zu dem Empfänger geht, ideal wäre, würde die Berechnung der beweglichen Summe gemäß Gleichung (3) eine Wechselbeziehungsspitze hervorbringen, die der Spitze 204 in 2 ähnlich ist, wenngleich sie in gewisser Weise gerundeter wäre, da der Vorgang der zweiten beweglichen Summe eine bestimmte Tiefpassfiltermenge verursacht. In der Praxis erzeugt der Kanal Mehrwegkomponenten, das heißt, mehrere Echos des gleichen Signals, das bei dem Empfänger mit unterschiedlichen Verzögerungen ankommt. Mehrwegkomponenten bewirken in dem Wechselbeziehungsergebnis, das gemäß Gleichung (1) und (2) berechnet wird, mehrere Spitzen, von denen einige so nah zueinander angeordnet sein können, dass sie in dem Wechselbeziehungsergebnis als eine breite Spitze wahrgenommen werden. Der höchste Wert des zweiten Wechselbeziehungsergebnisses, das gemäß Gleichung (3) berechnet wird, zeigt den Punkt an, bei dem der größtmögliche Abschnitt der Signalleistung, die von den verschiedenen Mehrwegkomponenten repräsentiert wird, auf ein und dasselbe Summierungsfenster trifft. Die Symbolsynchronisierung ist vorzugsweise derart eingestellt, dass der höchste Wert des zweiten Wechselbeziehungsergebnisses festgelegt ist, um dem Mittelpunkt des Schutzintervalls des empfangenen Symbols (und nicht dem Anfang des Symbols, wie in der Anordnung gemäß 2) zu entsprechen. Auf diese Weise kann der bestmögliche Nutzen aus dem Schutzintervall gezogen werden.
In dem Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung wird der höchste Wert des zweiten Wechselbeziehungsergebnisses nur geringfügig von dem Mittelpunkt der Impulsantwort in diejenige Richtung gewichtet, welche die Mehrwegkomponente mit der höchsten Leistung aufweist. In manchen Situationen kann dies bewirken, dass das Schutzintervall nicht voll benutzt werden kann, da der höchste Wert des zweiten Wechselbeziehungsergebnisses nicht notwendigerweise dem Mittelpunkt der Impulsantwort entspricht. Andererseits beeinflusst die Position auf der Verzögerungsskala der Echos, die bedeutend gedämpft und/oder verzögert worden sind, die Symbolsynchronisierung in dem Verfahren gemäß der Erfindung nicht in bedeutender Weise. Dies ist vorteilhaft, wenn die Echos keinen bedeutenden Effekt zwischen Symbolen bewirken.
3 zeigt eine Anordnung zur praktischen Umsetzung der ersten Ausführungsform der Erfindung. Eine empfangene Sequenz von Proben r(k) wird durch eine Leitung 301 zu einem ersten Korrelator 302 gebracht, der ein Verzögerungselement 303, welches um N Proben verzögert, einen komplexen Konjugationsblock 304 und einen Multiplikator 305 aufweist, der derart angeordnet ist, dass von der Leitung 301 zu dem Multiplikator 305 sowohl direkt als auch durch das Verzögerungselement 303 und den komplexen Konjugationsblock 304 eine Verbindung besteht. Die Ausgabe des Multiplikators 305 ist auch die Ausgabe des gesamten ersten Korrelators 302 und ist mit einem Berechnungsblock 306 für die bewegliche Summe verbunden. Die Blöcke 302 bis 306 entsprechen der Anordnung des Standes der Technik gemäß 2, um ein Wechselbeziehungsergebnis u(k) gemäß Gleichung (2) zu erzeugen. Die Ausgabe von Block 306 ist mit der Eingabe des zweiten Korrelators 307 verbunden. In dieser Ausführungsform ist die Konstruktion des zweiten Korrelators 307 derjenigen des ersten Korrelators 302 ähnlich, außer dass das Verzögerungselement 308 eine Verzögerung von N + L Proben erzeugt. Ein komplexer Konjugationsblock 309 und Multiplikator 310 und Verbindungen zwischen den Blöcken sind denjenigen in dem ersten Korrelator 302 ähnlich. Die Ausgabe des zweiten Korrelators 307 ist mit einem Berechnungsblock 311 für die bewegliche Summe verbunden, der dem Block 306 entspricht. Seine Ausgabe ist mit einem Berechnungsblock 312 für einen absoluten Wert verbunden, dessen Ausgabe auch die Ausgabe 313 der gesamten Anordnung ist.
Die Anordnung gemäß 3 funktioniert wie folgt. Eine Probensequenz, die durch die Leitung 301 entnommen wird, wird sowohl direkt zu dem Multiplikator 305 als auch zu dem Verzögerungselement 303 und dem komplexen Konjugationsblock 304 verzweigt, so dass eine gegebene Probe in dem Multiplikator 305 immer mit dem komplexen Konjugat einer Probe multipliziert wird, die sich in der Probensequenz N Proben früher befand. Von den Ergebnissen, die von dem Multiplikator 305 hervorgebracht werden, werden die letzten L in Block 306 immer hinzuaddiert. Das so erhaltene Ergebnis u(k) ist eine Sequenz von Werten, die zu einem zweiten Korrelator 307 gebracht wird. Dort wird ein gegebener Wert in der Wertesequenz u(k) in dem Multiplikator 310 immer mit dem komplexen Konjugat des Wertes multipliziert, der sich N + L Werte früher in der Wertesequenz befand. Von den Ergebnissen, die von dem Multiplikator 310 erbracht werden, werden die letzten L in Block 311 hinzuaddiert und ein absoluter Wert des so erhaltenen Ergebnisses wird in Block 312 erzeugt.
Die Anordnung gemäß 3 kann ohne weiteres durch eine Anordnung zum Kompensieren eines Frequenzfehlers ergänzt werden, der von einem nicht ideal eingestellten schnellen Fourier-Transformationsfenster verursacht wird. Ein schnelles Fourier-Transformations-(FFT) Fenster bezieht sich auf die Grenzen, welche anzeigen, welche der empfangenen Proben, die zu einem gegebenen Symbol gehören, zu dem Block (Block 104 in 1) gebracht werden, der die diskrete Fourier-Transformation in dem Empfänger ausführt. Das empfangene und demodulierte Signal kann wie folgt beschrieben werden: X ^(k) = X(k)ei2πkε/N (4) wobei X(k) die fehlerfreie Form des empfangenen demodulierten Signals ist und e^i2πkε/N ein Fehlerausdruck ist, wobei die Variable ε die Fehlergröße angibt. Der Wert der Variable ε wird wie folgt bestimmt; wenn bezüglich der Probensequenz die Position des FFT-Fensters, das zum Demodulieren des ersten Symbols in einem gegebenen Rahmen benutzt wird, bekannt ist, wird bezüglich der Probensequenz die Position des FFT-Fensters, das zum Demodulieren des nächsten Symbols benutzt wird, derart berechnet, dass die Differenz zwischen den Positionen dieser zwei FFT-Fenster den Wert der Variable ε angibt, der bei der Demodulationsentzerrung des fraglichen Symbols benutzt werden soll.
4 zeigt eine kombinierte Anordnung, wobei der Block 401 die Anordnung gemäß 3 und zusätzlich bekannte Mittel umfasst, um den höchsten Wert des Ergebnisses (des Ergebnisses aus Block 312 in 3) zu finden, das durch die doppelte Wechselbeziehung erhalten wird, und um die Position des FFT-Fensters derart festzulegen, dass das FFT-Fenster L/2 Proben nach dem höchsten gefundenen Wert beginnt – so dass sich der höchste gefundene Wert in der Mitte des Schutzintervalls befindet. Ein Puffer 402 verzögert die empfangene Probensequenz derart, dass Zeit vorhanden ist, um die Berechnungen in Block 401 auszuführen und die Positionsinformation des FFT-Fensters von Block 401 zu Block 403 zu bringen, wonach Proben gemäß dem FFT-Fenster von den empfangenen Proben getrennt werden und sie in Block 403 einer diskreten Fourier-Transformation unterzogen werden. Auf der Basis von Information, die aus Block 403 erhalten wird, führen Block 404 und 405 die notwendigen Berechnungen aus, um den Wert der Variable ε zu bestimmen, wonach die Frequenzfehlerkompensation in Block 406 auf dem Signal ausgeführt werden kann, welches von der Fourier-Transformation demoduliert wird, indem es mit e^i2πkε/N multipliziert wird. Der Frequenzfehler wird derart kompensiert, dass die Frequenzfehler aller Symbole in dem Rahmen entzerrt werden, so dass der konstante Frequenzfehler durch eine bekannte Kanalentzerrung kompensiert werden kann, die mit der Ausgabe 407 verbunden ist.
An der Anordnung aus 3 können Modifikationen vorgenommen werden, ohne den Bereich der erfinderischen Idee zu verlassen: Eine Modifikation ist in 5 dargestellt. Dargestellt sind ein erster Korrelator 302 und danach ein Berechnungsblock 306 für eine bewegliche Summe, die den oben beschriebenen ähnlich sind. Mit der Ausgabe von Block 306 ist ein Berechnungsblock 501 für absolute Werte verbunden, um die absoluten Werte der Wechselbeziehungsergebnisse zu berechnen, die von Block 306 erzeugt werden. Ein zweiter Korrelator 502 in der Ausführungsform aus 5 berechnet nicht die Wechselbeziehung selbst zwischen zwei aufeinander folgenden Wechselbeziehungsergebnissen, wie in der Anordnung aus 3 dargestellt, sondern Block 503 weist Mittel zum Finden des höchsten Wertes unter denjenigen, die von Block 501 erzeugt werden, sowie Mittel zum Multiplizieren der Wertesequenz, die zu Block 503 gebracht wird, mit dem höchsten gefundenen Wert auf. Danach wird in Block 505 wieder eine bewegliche Summe berechnet, die dem Wert von L entspricht, und zu der Ausgabe 506 gebracht.
6a zeigt die Anordnung gemäß 3 oder 5 in einem Empfänger 600, der eine Antenne (oder andere Empfangsschnittstelle) 601 und einen Hoch- und Zwischenfrequenzblock 602 zum Mischen eines empfangenen Signals durch eine Zwischenfrequenz zu einer Basisbandfrequenz zwecks Demodulation umfasst. Ein Parallel-Seriell-Umwandler 603 entspricht Block 103 in 1, gefolgt von einem Puffer 604 und FFT-Block 605, wobei sich die Anordnung 606 gemäß der Erfindung zum Erreichen und Beibehalten der Symbolsynchronisierung parallel zu ihnen befindet. Die Blöcke 604, 605 und 606 sind hinsichtlich ihres Betriebs und ihrer gegenseitigen Verbindungen mit den Blöcken 402, 403 und 401 in 4 identisch. Das demodulierte Signal wird aus Block 605 zu einem Basisbandteil 607 gebracht, um das übertragene Signal (wie ein kombiniertes Audio- und Daten-Signal, das in DAB-Format übertragen wird) zu entschlüsseln und wiederzugeben. Block 607 kann zum Beispiel einen Lautsprecher, um für den Benutzer einen Klang wiederzugeben, und eine Steuerschaltung aufweisen, um den Datenabschnitt, der in dem empfangenen Signal enthalten ist, zu verarbeiten. Die Anordnung aus 6b ist ansonsten die gleiche wie die aus 6a, enthält jedoch zusätzliche Blöcke 404, 405 und 406, um einen Frequenzfehler in der gleichen Weise wie in der Anordnung aus 4 zu kompensieren.
Die Erfindung ist nicht auf die Verarbeitung eines OFDM-modulierten Signals eingeschränkt, sondern das Prinzip gemäß der Erfindung kann auch bei der Verarbeitung anderer Signale, in denen ein gegebener Signalteil innerhalb eines kurzen Zeitraums zweimal in unveränderter Form erscheint, angewendet werden.

Claims

Verfahren zum Erreichen und Beibehalten einer Symbolsynchronisierung in einem Empfänger, umfassend die die folgenden Schritte, in denen – eine Wechselbeziehung (302) zwischen einer unverzögerten Probensequenz, die ein empfangenes Signal repräsentiert, und einer verzögerten Probensequenz, die ein empfangenes Signal repräsentiert, berechnet wird, und – eine bewegliche Summe (306) aus der berechneten Wechselbeziehung berechnet wird, um eine Wertesequenz zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst, in denen – eine modifizierte Wertsequenz entweder durch die Berechnung (307) der Wechselbeziehung zwischen der unverzögerten Wertesequenz und einer verzögerten Wertesequenz oder durch die Multiplikation (502) der Werte in der Wertesequenz mit dem höchsten Wert in der verzögerten Wertsequenz erzeugt wird, und eine bewegliche Summe (311, 505) der modifizierten Wertesequenz berechnet wird, um einen Spitzenwert zu erzeugen, der die korrekte Symbolsynchronisierung anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Probensequenz, die das empfangene Signal repräsentiert, N + L Proben pro Symbol umfasst, wobei N und L positive ganze Zahlen sind und die ersten L Proben, die zu einem bestimmten Symbol gehören, im Hinblick auf den Inhalt einen ähnlichen empfangenen Signalabschnitt repräsentieren wie die letzten L Proben des gleichen Symbols, so dass – bei der Berechnung der Wechselbeziehung (302) zwischen einer unverzögerten Probensequenz, die das empfangene Signal repräsentiert, und einer verzögerten Probensequenz, die das empfangene Signal repräsentiert, die Länge der Verzögerung (303) der verzögerten Probensequenz N Proben ist, und – bei der Berechnung der Wechselbeziehung (307) zwischen einer unverzögerten Wertesequenz und einer verzögerten Wertesequenz die Länge der Verzögerung (308) der verzögerten Wertsequenz N + L Proben ist, oder bei der Multiplikation der Werte der Wertesequenz mit dem höchsten Wert der verzögerten Wertsequenz der höchste Wert unter den N + L Werten, die das bestimmte Symbol repräsentieren, ausgewählt (503) wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Probensequenz, die das empfangene Signal repräsentiert, N + L Proben pro Symbol umfasst und die ersten L Proben eines gegebenen Symbols im Hinblick auf den Inhalt einen ähnlichen empfangenen Signalabschnitt repräsentieren wie die letzten L Proben des gleichen Symbols, so dass der Spitzenwert, der auf Basis einer beweglichen Summe einer modifizierten Wertesequenz erzeugt wird, derart festgelegt wird, dass er mit der L/2:th Probe von Anfang an übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Proben, die von einem gegebenen FFT-Fenster erkannt werden, zur Symboldemodulation aus der Probensequenz entnommen werden, die das Symbol repräsentiert, und bei diesen Proben eine diskrete Fourier-Transformation (403) durchgeführt wird und das Verfahren zur Kompensation eines Frequenzfehlers, der von einer nicht idealen Position des FFT-Fensters im Hinblick auf die Probensequenz verursacht wird, die folgenden Schritte umfasst, in denen – die Position (404) des FFT-Fensters, das in der Demodulation des ersten Symbols in einem gegebenen Rahmen benutzt wird, gespeichert wird, – von der gespeicherten Position des FFT-Fensters, das in der Demodulation des ersten Symbols benutzt wird, die Position des FFT-Fensters, das in der Demodulation des fraglichen Symbols benutzt wird, in Verbindung mit der Demodulation eines gegebenen nächsten Symbols subtrahiert (405) wird, und – die Werte, die von der schnellen Fourier-Transformation bei den Proben, die das bestimmte Symbol repräsentieren, erzeugt werden, mit e^–i2πkε/N multipliziert (406) werden, wobei k der Index des Wertes ist, der durch die Fourier-Transformation erzeugt wird, N die Anzahl der Werte ist, die in der Fourier-Transformation erzeugt werden, und ε die Differenz der Position des FFT-Fensters, das in der Demodulation des ersten Symbols benutzt wird, und der Position des FFT-Fensters ist, das in Verbindung mit der Demodulation des fraglichen Symbols benutzt wird.
Empfänger (600, 600') zum Empfangen und Demodulieren eines Signals, das Symbole umfasst, umfassend Mittel zum – Erzeugen (601, 602, 603) einer Probensequenz, die ein empfangenes Signals repräsentiert, Berechnen (302) einer Wechselbeziehung zwischen der unverzögerten Probensequenz, die das empfangene Signal repräsentiert, und einer verzögerten Probensequenz, die das empfangene Signal repräsentiert, und – Erzeugen (306) einer beweglichen Summe der berechneten Wechselbeziehung, um eine Wertesequenz zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass es auch die folgenden Mittel umfasst, zum – Erzeugen einer modifizierten Wertesequenz entweder durch Berechnung der Wechselbeziehung (307) zwischen der unverzögerten Wertesequenz und einer verzögerten Wertesequenz oder durch Multiplikation (502) der Werte in der Wertesequenz mit dem höchsten Wert in der verzögerten Wertesequenz, und – Erzeugen (311, 505) einer beweglichen Summe der modifizierten Wertesequenz, um einen Spitzenwert zu erzeugen, der die korrekte Symbolsynchronisierung anzeigt.
Empfänger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger zur Demodulation eines empfangenen Signals, in dem eine Probensequenz N + L Proben pro Symbol umfasst, wobei N und L positive ganze Zahlen sind und die ersten L Proben, die zu einem gegebenen Symbol gehören, im Hinblick auf den Inhalt einen ähnlichen empfangenen Signalabschnitt wie die letzten L Proben des gleichen Symbols repräsentieren, Folgendes umfasst – ein Verzögerungselement (303) von N Proben, um diejenige verzögerte Probensequenz zu verzögern, die in der Berechnung der Wechselbeziehung mit der unverzögerten Probensequenz benutzt wird, die das empfangene Signal repräsentiert, und – ein Verzögerungselement (308) von N + L Proben, um diejenige verzögerte Wertesequenz zu verzögern, die bei der Berechnung der Wechselbeziehung mit der unverzögerten Wertesequenz benutzt wird.
Empfänger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Symboldemodulation Mittel umfasst, um durch ein FFT-Fenster Proben aus der Probensequenz, die das Symbol repräsentiert, zu entnehmen und bei diesen Proben eine Fourier-Transformation auszuführen, und zur Kompensation eines Frequenzfehlers, der durch eine nicht ideale Position des FFT-Fensters im Hinblick auf die Probensequenz verursacht wird, Mittel umfasst, zum – Speichern (404) der Position des FFT-Fensters, das in der Demodulation des ersten Symbols eines gegebenen Rahmens benutzt wird, – Subtrahieren (405) der Position des FFT-Fensters, das in der Demodulation eines bestimmten nächsten Symbols benutzt wird, von der gespeicherten Position des FFT-Fensters, das in der Demodulation des ersten Symbols benutzt wird, und – Multiplizieren (406) der Werte, die mit Hilfe einer Fourier-Transformation aus den Proben erhalten werden, die das nächste fragliche Symbol repräsentieren, mit e^–i2πkε/N, wobei k der Index des Wertes ist, der durch die Fourier-Transformation erzeugt wird, N die Anzahl der Werte ist, die in der Fourier-Transformation erzeugt werden, und ε die Differenz der Position des FFT-Fensters, das in der Demodulation des ersten Symbols benutzt wird, und der Position des FFT-Fensters ist, das in Verbindung mit der Demodulation des fraglichen Symbols benutzt wird.