DE19919545B4 - Method of forming a signal sequence - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Bildung einer Signalfolge K(i) der Länge n, bei dem
die Signalfolge K(i) mit der Länge n = 256 auf einer ersten Signalteilfolge K1(j) der Länge n1 = 16 und einer zweiten Signalteilfolge K2(k) der Länge n2 = 16 basiert, wobei sich die zweite Signalteilfolge K2(k) n1 mal wiederholt und dabei mit der ersten Signalteilfolge K1(j) moduliert wird, wobei die Bildung der Signalfolge K(i) durch Modulation der zweiten Signalteilfolge K2(k) nach folgender Vorschrift erfolgt:
K(i) = K2(i mod n2)·K1(i div n2), für i = 0 ... n1·n2 – 1
wobei es sich bei zumindest einer der Signalteilfolgen um eine Golaysequenz Xn(k) der Länge nx handelt, die durch folgende Beziehung bildbar ist:
nx = 2NX...Method for forming a signal sequence K (i) of length n, in which
the signal sequence K (i) with the length n = 256 is based on a first signal subsequence K1 (j) of length n1 = 16 and a second signal subsequence K2 (k) of length n2 = 16, the second signal subsequence K2 (k) n1 is repeatedly and thereby modulated with the first signal subsequence K1 (j), the formation of the signal sequence K (i) by modulation of the second signal subsequence K2 (k) according to the following rule:
K (i) = K2 (i mod n2) * K1 (i div n2), for i = 0 ... n1 * n2-1
wherein at least one of the signal subsequences is a Golay sequence X n (k) of length nx, which can be formed by the following relationship:
nx = 2 NX ...
Description
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Bildung einer zum Zwecke der Synchronisation zumindest zweier Übertragungseinheiten zu übertragenden Signalfolge.In particular, the invention relates to a method for forming a signal sequence to be transmitted for the purpose of synchronizing at least two transmission units.
Bei Signalübertragungssystemen, wie beispielsweise Mobilfunksystemen, ist es erforderlich, daß einer der Kommunikationspartner (erste Übertragungseinheit) bestimmte festgelegte Signale erkennt, die von einem anderen Kommunikationspartner (zweite Übertragungseinheit) ausgesandt werden. Dabei kann es sich beispielsweise um sogenannte Synchronisierungs-Bursts (Synchronisierungs-Funkblöcke) zur Synchronisierung zweier Synchronisationspartner, wie beispielsweise Funkstationen, oder um sogenannte Access-Bursts handeln.In signal transmission systems, such as mobile radio systems, it is necessary that one of the communication partners (first transmission unit) recognizes certain specified signals that are sent by another communication partner (second transmission unit). These can be, for example, so-called synchronization bursts (synchronization radio blocks) for synchronization of two synchronization partners, such as radio stations, or so-called access bursts.
Um derartige Empfangssignale gegenüber dem Umgebungsrauschen zuverlässig zu erfassen bzw. zu identifizieren, ist es bekannt, das Empfangssignal fortlaufend über eine festgelegte Zeitdauer mit einer vorgegebenen Signalfolge zu korrelieren und die Korrelationssumme über die Zeitdauer der vorgegebenen Signalfolge zu bilden. Der Bereich des Empfangssignals, der eine maximale Korrelationssumme ergibt, entspricht dem gesuchten Signal. Dem Synchronisationssignal von der Basisstation eines digitalen Mobilfunksystems ist beispielsweise eine Signalfolge als sogenannte Trainingssequenz vorgeschaltet, die auf die eben beschriebene Weise in der Mobilstation durch Korrelation mit der abgespeicherten Signalfolge erfaßt oder ermittelt wird. So können die Mobilstationen mit der Basisstation synchronisiert werden.In order to reliably detect or identify such received signals relative to the ambient noise, it is known to continuously correlate the received signal over a defined period of time with a predetermined signal sequence and to form the correlation sum over the duration of the predetermined signal sequence. The range of the received signal which gives a maximum correlation sum corresponds to the searched signal. The synchronization signal from the base station of a digital mobile radio system, for example, is preceded by a signal sequence as a so-called training sequence, which is detected or determined in the mobile station in the manner just described by correlation with the stored signal sequence. So the mobile stations can be synchronized with the base station.
Auch in der Basisstation sind derartige Korrelationsberechnungen beispielsweise bei der Random-Access-Channel (RACH)-Detektion erforderlich. Außerdem wird eine Korrelationsberechnung auch zur Bestimmung der Kanalimpulsantwort und der Signallaufzeiten empfangener Signalbursts durchgeführt.Also in the base station, such correlation calculations are required, for example, in Random Access Channel (RACH) detection. In addition, a correlation calculation is also performed to determine the channel impulse response and the signal propagation times of received signal bursts.
Die Korrelationssumme wird dabei wie folgt berechnet: wobei E(i) eine aus dem Empfangssignal abgeleitete Empfangssignalfolge und K(i) die vorgegebene Signalfolge ist, wobei i von 0 bis n – 1 läuft. Die Korrelationssumme Sm wird aufeinanderfolgend für mehrere zeitlich versetzte, aus dem Empfangssignal gewonnene Signalfolgen E(i) berechnet, und dann der maximale Wert von Sm bestimmt. Sollen k aufeinanderfolgende Korrelationssummen berechnet werden, so beträgt der Berechnungsaufwand k·n Operationen, wobei eine Multiplikation und Addition zusammen als eine Operation gezählt wird.The correlation sum is calculated as follows: where E (i) is a received signal sequence derived from the received signal and K (i) is the predetermined signal sequence, where i runs from 0 to n-1. The correlation sum Sm is successively calculated for a plurality of time-shifted signal sequences E (i) obtained from the received signal, and then the maximum value of Sm is determined. If k consecutive correlation sums are to be calculated, the computational effort is k · n operations, a multiplication and addition being counted together as one operation.
Die Berechnung der Korrelationssummen ist daher sehr aufwendig und erfordert, insbesondere bei Real-Time-Anwendungen wie Sprachkommunikation oder Bildtelefonie oder in CDMA-Systemen, leistungsfähige und daher teure Prozessoren, die bei der Berechnung einen hohen Stromverbrauch aufweisen. Beispielsweise ist zur Synchronisation des sich in der Standardisierung befindlichen UMTS-Mobilfunksystems eine bekannte Signalfolge der Länge 256 Chips (bei CDMA wird ein übertragenes Bit auch Chip genannt) zu ermitteln. Die Folge wird alle 2560 Chips wiederholt. Da die Mobilstation anfangs asynchron zum Chiptakt arbeitet, muß das Empfangssignal überabgetastet werden, um auch bei ungünstiger Abtastlage noch ein ausreichendes Signal zu erhalten. Dies führt aufgrund der Abtastung der I- und Q-Komponente zu 256·2560·2·2 = 2621440 Operationen.The calculation of the correlation sums is therefore very complicated and requires, especially in real-time applications such as voice communication or video telephony or CDMA systems, powerful and therefore expensive processors that have a high power consumption in the calculation. For example, to synchronize the UMTS mobile radio system in the standardization, a known signal sequence of length 256 chips (in the case of CDMA, a transmitted bit is also called a chip) must be determined. The episode is repeated every 2560 chips. Since the mobile station initially operates asynchronously to the chip clock, the received signal must be oversampled in order to obtain a sufficient signal even at an unfavorable scanning position. This results in 256 * 2560 * 2 * 2 = 2621440 operations due to the sampling of the I and Q components.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren anzugeben, die es erlauben, Signalfolgen zu bilden, und damit Signalfolgen anzugeben, die in übertragenen Empfangssignalfolgen leicht zu ermitteln sind.The invention has for its object to provide methods that allow to form signal sequences, and thus specify signal sequences that are easy to determine in transmitted received signal sequences.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen sind dem Unteranspruch zu entnehmen.The problem is solved by the features of the independent claims. Further developments can be found in the subclaim.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, Signalfolgen zu bilden, indem eine zweite Signalteilfolge der Länge n2 n1 mal wiederholt wird, dabei mit der ersten Signalteilfolge moduliert wird, und zumindest eine der Signalteilfolgen eine Golaysequenz ist.The invention is based on the idea of forming signal sequences in that a second signal subsequence of length n2 is repeated n1 times, thereby being modulated with the first signal subsequence, and at least one of the signal subsequences being a Golay sequence.
Dadurch können Signalfolgen gebildet werden, die, wenn sie in einer Empfangssignalfolge enthalten sind, leicht ermittelt werden können. Insbesondere ist die Verwendung von Golaysequenzen von Vorteil, weil zur Berechnung der Korrelation ein sehr effektiver Algorithmus bekannt ist. As a result, signal sequences can be formed which, if they are contained in a received signal sequence, can be easily determined. In particular, the use of Golay sequences is advantageous because a very effective algorithm is known for calculating the correlation.
So kann beispielsweise bei der Verwendung einer Hierarchischen Korrelationsfolge der Länge 256, die aus 2 konstituierenden Golaysequenzen der Länge 16 aufgebaut ist, für den PSC eines UMTS-Systems der Rechenaufwand gegenüber einer herkömmlichen Realisierung mittels einer Golaysequenz der Länge 256 von 15 auf 14 Additionen pro berechnetem Korrelatorausgangswert reduziert werden.Thus, for example, using a hierarchical correlation sequence of length 256 made up of 2 constituent Golay sequences of length 16, for the PSC of a UMTS system, the computational cost over a conventional realization using a Golay sequence of length 256 is 15 to 14 additions per calculated Correlator output value can be reduced.
Eine erste Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die zur Bildung der Signalteilfolge verwendete Permutation P1, P2, P3, P4 und Einheitsgröße W1, W2, W3, W4 folgender Menge von Permutation-Einheitsgrößen-Paaren (P1 P2 P3 P4, W1 W2 W3 W4;) entnommen ist: 3201, +1–1+1+1; 3201, –1–1–1+1; 3201, –1–1+1–1; 3201, +1–1–1–1; und daß die zur Bildung der zweiten Signalteilfolge verwendete Permutation (P1 P2 P3 P4) gleich 3201 ist.A first embodiment of the invention provides that the permutation P 1 , P 2 , P 3 , P 4 and unit size W 1 , W 2 , W 3 , W 4 used to form the signal subsequence are the following set of permutation unit size pairs (P 1 P 2 P 3 P 4 , W 1 W 2 W 3 W 4 ;): 3201, + 1-1 + 1 + 1; 3201, -1-1-1 + 1; 3201, -1-1 + 1-1; 3201, + 1-1-1-1; and that the permutation (P 1 P 2 P 3 P 4 ) used to form the second signal subsequence is 3201.
Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die zur Bildung einer Signalteilfolge verwendete Permutation P1, P2, P3, P4 und Einheitsgröße W1, W2, W3, W4 folgender Menge von Permutation-Einheitsgrößen-Paaren (P1 P2 P3 P4, W1 W2 W3 W4;) entnommen ist:
3201; +1–1+1+1; 3201, –1–1+1+1; 3201, +1–1–1+1; 3201, –1–1–1+1; 3201, +1–1+1–1; 3201, –1–1+1–1; 3201, +1–1–1–1; 3201, –1–1–1–1; 1023, +1+1–1+1; 1023, –1+1–1+1; 1023, +1–1–1+1; 1023, –1–1–1+1; 1023, +1+1–1–1; 1023, –1+1–1–1; 1023, +1–1–1–1; 1023, –1–1–1–1;.A second embodiment of the invention provides that the permutation P 1 , P 2 , P 3 , P 4 and unit size W 1 , W 2 , W 3 , W 4 used to form a signal subsequence are the following set of permutation unit size pairs (P 1 P 2 P 3 P 4 , W 1 W 2 W 3 W 4 ;) is taken:
3201; + 1-1 + 1 + 1; 3201, -1-1 + 1 + 1; 3201, + 1-1-1 + 1; 3201, -1-1-1 + 1; 3201, + 1-1 + 1-1; 3201, -1-1 + 1-1; 3201, + 1-1-1-1; 3201, -1-1-1-1; 1023, + 1 + 1-1 + 1; 1023, -1 + 1-1 + 1; 1023, + 1-1-1 + 1; 1023, -1-1-1 + 1; 1023, + 1 + 1-1-1; 1023, -1 + 1-1-1; 1023, + 1-1-1-1; 1023, -1-1-1-1 ;.
Eine dritte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die zur Bildung einer Signalteilfolge verwendete Permutation P1, P2, P3, P4 und Einheitsgröße W1, W2, W3, W4 folgender Menge von Permutation-Einheitsgrößen-Paaren (P1 P2 P3 P4, W1 W2 W3 W4;) entnommen ist:
0213, +j+j+j–1; 0213, –j+j+j–1; 0213, +1–j+j–1; 0213, –1–j+j–1; 0213, +1+j–j–1; 0213, –1+j–j–1; 0213, +j–j–j–1; 0213, –j–j–j–1; 0213, +j+j+j+1; 0213, –j+j+j+1; 0213, +1–j+j+1; 0213, –1–j+j+1; 0213, +1+j–j+1; 0213, –1+j–j+1; 0213, +j–j–j+1; 0213, –j–j–j+1; 3120, +1–j+j–1; 3120, –1–j+j–1; 3120, +1+j–j–1; 3120, –1+j–j–1; 3120, +1+j+j+j; 3120, –1+j+j+j; 3120, +1–j–j+j; 3120, –1–j–j+j; 3120, +1+j+j–j; 3120, –1+j+j–j; 3120, +1–j–j–j; 3120, –1–j–j–j; 3120, +1–j+j+1; 3120, –1–j+j+1; 3120, +1+j–j+1; 3120, –1+j–j+1;.A third embodiment of the invention provides that the permutation P 1 , P 2 , P 3 , P 4 and unit size W 1 , W 2 , W 3 , W 4 used to form a signal subsequence are the following set of permutation unit size pairs (P 1 P 2 P 3 P 4 , W 1 W 2 W 3 W 4 ;) is taken:
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Durch jede dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann ein besonders günstige Realisierungsvariante der Erfindung in ASICs ermöglicht werden.Through each of these embodiments of the invention, a particularly favorable implementation variant of the invention in ASICs can be made possible.
Durch die Angabe des Verfahrens zur Bildung von Signalfolgen liegen auch die Signalfolgen, die durch ein derartiges Verfahren gebildet werden können oder erhältlich sind, im Rahmen der Erfindung. Insbesondere auch deren Verwendung in Datenübertragungssystemen, insbesondere zum Zwecke der Synchronisation einer Mobilstation mit einer Basisstation. By specifying the method for forming signal sequences, the signal sequences that can be formed by such a method or are available are within the scope of the invention. In particular, their use in data transmission systems, in particular for the purpose of synchronization of a mobile station with a base station.
Im folgenden wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele näher beschrieben, zu deren Erläuterung die nachfolgend aufgelisteten Figuren dienen:In the following the invention will be described in more detail with reference to various embodiments, for the explanation of which serve the figures listed below:
In
Jeder Basisstationscontroller BSC ist wiederum mit zumindest einer Basisstation BS verbunden. Eine solche Basisstation BS ist eine Funkstation, die über eine Funkschnittstelle eine Funkverbindung zu anderen Funkstationen, sogenannten Mobilstationen MS aufbauen kann. Zwischen den Mobilstationen MS und der diesen Mobilstationen MS zugeordneten Basisstation BS können mittels Funksignalen Informationen innerhalb von Funkkanälen f die innerhalb von Frequenzbändern b liegen, übertragen werden. Die Reichweite der Funksignale einer Basisstation definieren im wesentlichen eine Funkzelle FZ.Each base station controller BSC is in turn connected to at least one base station BS. Such a base station BS is a radio station, which can establish a radio link to other radio stations, so-called mobile stations MS via a radio interface. Between the mobile stations MS and the base station BS assigned to these mobile stations MS, information can be transmitted by means of radio signals within radio channels f which lie within frequency bands b. The range of the radio signals of a base station essentially define a radio cell FZ.
Basisstationen BS und ein Basisstationscontroller BSC können zu einem Basisstationssystem BSS zusammengefaßt werden. Das Basisstationssystem BSS ist dabei auch für die Funkkanalverwaltung bzw. -zuteilung, die Datenratenanpaßung, die Überwachung der Funkübertragungsstrecke, Hand-Over-Prozeduren, und im Falle eines CDMA-Systems für die Zuteilung der zu verwendenden Spreizcodesets, zuständig und übermittelt die dazu nötigen Signalisierungsinformationen zu den Mobilstationen MS.Base stations BS and a base station controller BSC can be combined to form a base station system BSS. The base station system BSS is also responsible for the radio channel management and allocation, the data rate adjustment, the monitoring of the radio transmission path, hand-over procedures, and in the case of a CDMA system for the allocation of the spreading code sets to be used, and transmits the necessary signaling information to the mobile stations MS.
Im Falle eines Duplex-Systems können bei FDD (Frequency Division Duplex)-Systemen, wie dem GSM-System, für den Uplink u (Mobilstation (Sendeeinheit) zur Basisstation (Empfangseinheit)) andere Frequenzbänder vorgesehen sein als für den Downlink d (Basisstation (Sendeeinheit) zur Mobilstation (Empfangseinheit)). Innerhalb der unterschiedlichen Frequenzbänder b können durch ein FDMA (Frequency Division Multiple Access) Verfahren mehrere Frequenzkanäle f realisiert werden.In the case of a duplex system, FDD (Frequency Division Duplex) systems, such as the GSM system, may have different frequency bands for the uplink u (mobile station (transmitter unit) to the base station (receiver unit) than for the downlink d (base station (base station)). Transmitting unit) to the mobile station (receiving unit)). Within the different frequency bands b, a plurality of frequency channels f can be realized by an FDMA (Frequency Division Multiple Access) method.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung versteht man unter Übertragungseinheit auch Kommunikationseinheit, Sendeeinheit, Empfangseinheit, Kommunikationsendgerät, Funkstation, Mobilstation oder Basisstation. Im Rahmen dieser Anmeldung verwendete Begriffe und Beispiele beziehen sich auch oft auf ein GSM-Mobilfunksystem; sie sind jedoch keineswegs darauf beschränkt, sondern können anhand der Beschreibung von einem Fachmann auch leicht auf andere, gegebenenfalls zukünftige, Mobilfunksysteme, wie CDMA-Systeme, insbesondere Wide-Band-CDMA-Systeme abgebildet werden.In the context of the present application, transmission unit is also understood to mean communication unit, transmitting unit, receiving unit, communication terminal, radio station, mobile station or base station. Terms and examples used in this application also often refer to a GSM mobile radio system; However, they are by no means limited thereto but, based on the description of a person skilled in the art, can also be easily mapped to other, possibly future, mobile radio systems, such as CDMA systems, in particular wide-band CDMA systems.
Mittels Vielfachzugriffsverfahren können Daten über eine Funkschnittstelle effizient übertragen, separiert und einer oder mehreren bestimmten Verbindungen bzw. dem entsprechenden Teilnehmer zugeteilt werden. Dazu kann ein Zeitvielfachzugriff TDMA, ein Frequenzvielfachzugriff FDMA, ein Codevielfachzugriff CDMA oder eine Kombination aus mehreren dieser Vielfachzugriffsverfahren eingesetzt werden.By means of multiple access methods, data can be efficiently transmitted over a radio interface, separated and allocated to one or more specific connections or to the corresponding subscriber. For this purpose, a time division multiple access TDMA, a frequency division multiple access FDMA, a code division multiple access CDMA or a combination of several of these multiple access methods can be used.
Beim FDMA wird das Frequenzband b in mehrere Frequenzkanäle f zerlegt; diese Frequenzkanäle werden durch den Zeitvielfachzugriff TDMA in Zeitschlitze ts aufgeteilt. Die innerhalb eines Zeitschlitzes ts und eines Frequenzkanals f übertragenen Signale können durch verbindungsindividuelle den Daten aufmodulierte Spreizcodes, sogenannte CDMA-Codes cc separiert werden.In FDMA, the frequency band b is decomposed into a plurality of frequency channels f; These frequency channels are divided by the time division multiple access TDMA into time slots ts. The signals transmitted within a time slot ts and a frequency channel f can be separated by connection-specific spread codes modulated onto the data, so-called CDMA codes cc.
Die so entstehenden physikalischen Kanäle werden nach einem festgelegten Schema logischen Kanälen zugeordnet. Bei den logischen Kanälen unterscheidet man grundsätzlich zwei Arten: Signalisierungskanäle (bzw. Steuerkanäle) zur Übertragung von Signalisierungsinformationen (bzw. Steuerinformationen) und Verkehrskanäle (Traffic Channel TCH) zur Übertragung von Nutzdaten.The resulting physical channels are assigned to logical channels according to a defined scheme. Basically, two types of logical channels are distinguished: Signaling channels (or control channels) for transmitting signaling information (or control information) and traffic channels (TCH) for transmitting user data.
Die Signalisierungskanäle werden weiter unterteilt in:
- – Broadcast Channels
- – Common Control Channels
- – Dedicated/Access Control Channel DCCH/ACCH
- - Broadcast Channels
- - Common Control Channels
- - Dedicated / Access Control Channel DCCH / ACCH
Zu der Gruppe der Broadcast Channels gehören der Broadcast Control Channel BCCH, durch den die MS funktechnische Informationen vom Basisstationssystem BSS erhält, der Frequency Correction Channel FCCH und der Synchronization Channel SCH. Zu den Common Control Channels gehört der Random Access Channel RACH. Die zur Realisierung dieser logischen Kanäle übertragenen Funkblöcke oder Signalfolgen können dabei für unterschiedliche Zwecke Signalfolgen K(i) sog. Korrelationsfolgen enthalten, bzw. auf diesen logischen Kanälen können für unterschiedliche Zwecke Signalfolgen K(i) übertragen werden.The group of broadcast channels includes the broadcast control channel BCCH, through which the MS receives radio information from the base station system BSS, the frequency correction channel FCCH and the synchronization channel SCH. Common Control Channels include Random Access Channel RACH. The radio blocks or signal sequences transmitted for the realization of these logical channels can contain for different purposes signal sequences K (i) so-called correlation sequences, or on these logical channels signal sequences K (i) can be transmitted for different purposes.
Im folgenden wird beispielhaft ein Verfahren zur Synchronisation einer Mobilstation MS mit einer Basisstation BS erläutert: Während eines ersten Schritts der anfänglichen Basisstationssuche oder Zellensuche (initial cell search procedure) verwendet die Mobilstation den primären Synchronisationskanal (primary synchronisation channel SCH (PSC)), um eine Zeitschlitzsynchronisation mit der stärksten Basisstation zu erreichen. Dies kann durch einen angepaßten Filter (matched filter) oder eine entsprechende Schaltung gewährleistet werden, der an den primären Synchronisationscode cp, der von allen Basisstationen ausgesendet wird, angepaßt ist. Dabei wird von allen Basisstationen BS der gleiche primäre Synchronisationscode cp der Länge 256 ausgesendet. In the following, a method for synchronizing a mobile station MS with a base station BS is explained by way of example: During a first step of the initial base station search or cell search procedure, the mobile station uses the primary synchronization channel SCH (PSC) to generate a Timeslot synchronization with the strongest base station to achieve. This can be ensured by a matched filter or equivalent circuit adapted to the primary synchronization code cp transmitted by all base stations. In this case, the same primary synchronization code cp of length 256 is transmitted by all base stations BS.
Die Mobilstation ermittelt mittels Korrelation aus einer Empfangsfolge die empfangenen Signalfolgen K(i) nach einem Prinzip, das in den
Der Synchronisationscode cp ist dabei entsprechend einer Signalfolge K(i) nach einem Prinzip, wie in
Eine derart erhältliche Signalfolge K(i) kann dabei auch ”hierarchische Signalfolge” genannt werden. Eine Signalteilfolge kann auch ”kurze Korrelationsfolge” genannte werden.A signal sequence K (i) which can be obtained in this way can also be called a "hierarchical signal sequence". A signal subsequence can also be called a "short correlation sequence".
Zumindest eine Signalteilfolge ist dabei eine Golaysequenz Xn(k), die durch folgende Beziehung bildbar ist:
nx = 2NX
δ(k) Kroneckersche Deltafunktion
Pn, n = 1, 2, ... NX, ist beliebige Permutation der Zahlen {0, 1, 2, ..., NX – 1} für die X Sequenz,
Wn Gewichte für die X Sequenz (+1, –1, +i oder –1).At least one signal subsequence is a Golay sequence X n (k), which can be formed by the following relationship:
nx = 2 NX
δ (k) Kronecker delta function
P n , n = 1, 2, ... NX, is any permutation of the numbers {0, 1, 2, ..., NX - 1} for the X sequence,
W n weights for the X sequence (+1, -1, + i or -1).
Wn kann also die Werte +1, –1, +i oder –i annehmen oder zur Erzeugung binärer Golaysequenzen die Werte +1 oder –1 annehmen. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird Wn auch als Einheitsgröße bezeichnet.W n can therefore assume the values +1, -1, + i or -i or assume the values +1 or -1 for the generation of binary Golay sequences. In the context of the present application, W n is also referred to as a unit size.
Bei einer Ausführungsvariante der Erfindung ist zumindest eine Signalteilfolge eine hinsichtlich des Frequenzfehlers optimierte Golaysequenz insbesondere der Länge 16, wobei die zur Bildung der Folge verwendete Permutation P1, P2, P3, P4, und Einheitsgröße W1, W2, W3, W4, einer Menge von Permutation-Einheitsgrößen-Paaren entnommen ist, die in einem und/oder mehreren der unabhängigen Ansprüche angegeben ist.In one embodiment variant of the invention, at least one signal subsequence is a Golay sequence optimized in particular for the frequency error, in particular of length 16, the permutation P 1 , P 2 , P 3 , P 4 , and unit size W 1 , W 2 , W 3 used to form the sequence , W 4 , is taken from a set of permutation unit size pairs specified in one and / or more of the independent claims.
Durch die Verwendung einer bzw. eines derart gebildeten oder bildbaren Signalfolge bzw. Synchronisationscodes cp kann der Rechenaufwand bei der Korrelationssummenberechnung zur Ermittlung der Signalfolge K(i) in der empfangenden Mobilstation MS zum Zwecke der Synchronisation erheblich verringert werden. By using a signal sequence or synchronization code cp thus formed or formable, the computation outlay in the correlation sum calculation for determining the signal sequence K (i) in the receiving mobile station MS can be considerably reduced for the purpose of synchronization.
Die Autokorrelationsfunktion einer durch zwei Signalteilfolgen gebildeten Signalfolge K(i) hat allerdings im Gegensatz zu einem in herkömmlichen Verfahren verwendeten orthogonalen Gold-Code im allgemeinen schlechtere Autokorrelationseigenschaften. Sie weist beispielsweise höhere Nebenmaxima und einen höheren Effektivwert der Nebenminima auf. Außerdem zeigen UMTS-Link-Level-Simulationen, daß bei Verwendung derartiger Signalfolgen K(i) im PSC- zur Slotsynchronisation bei einem Frequenzversatz zwischen Sender und Empfänger der Synchronisationsfehler im Gegensatz zur Verwendung eines orthogonalen Gold-Codes im allgemeinen höher ist.The autocorrelation function of a signal sequence K (i) formed by two signal subsequences, however, generally has inferior autocorrelation properties, unlike an orthogonal gold code used in conventional methods. It has, for example, higher secondary maxima and a higher rms value of secondary minima. In addition, UMTS link-level simulations show that when using such signal sequences K (i) in the PSC for slot synchronization at a frequency offset between transmitter and receiver, the synchronization error is generally higher in contrast to the use of an orthogonal gold code.
Durch aufwendige eigens für diesen Zweck geschaffene Simulationswerkzeuge konnten jedoch aus zumindest einer Golaysequenz bestehende Signalteilfolgenpaare (K1(j); K2(k)) ermittelt werden, auf deren Basis, wie oben erläutert, Signalfolgen K(i) gebildet werden können oder bildbar sind, die insbesondere zur Synchronisation zwischen Basisstation und Mobilstation auch bei einem höherem Frequenzversatz zwischen Sender und Empfänger zuverlässig ermittelt werden können. Dabei wurde bei den Simulationen für das UMTS-System auch von einem Frequenzversatz von 10 kHz ausgegangen. Durch die Verwendung derartiger Signalfolgen K(i) wird der Berechnungsaufwand zur Berechnung der Korrelationssummen erheblich verringert ohne eine gleichzeitige Erhöhung des Synchronisationsfehlers in Kauf nehmen zu müssen. Außerdem kann auf den Einsatz teurer Quarze im Empfänger zur Frequenzstabilisierung verzichtet werden.However, by using complex simulation tools specially created for this purpose, signal subsequence pairs (K1 (j), K2 (k)) consisting of at least one Golay sequence could be determined on the basis of which, as explained above, signal sequences K (i) can be formed or can be formed, which can be reliably determined in particular for synchronization between the base station and mobile station even at a higher frequency offset between transmitter and receiver. The simulations for the UMTS system were also based on a frequency offset of 10 kHz. By using such signal sequences K (i), the calculation effort for calculating the correlation sums is considerably reduced without having to accept a simultaneous increase in the synchronization error. In addition, the use of expensive crystals in the receiver for frequency stabilization can be dispensed with.
Durch die aufwendigen Simulationen konnte eine Menge von Golaysequenzen der Länge 16 beschrieben durch eine Menge von Permutation-Einheitsgrößen-Paaren, die in einem und/oder mehreren der unabhängigen Ansprüche angegeben ist, ermittelt werden, auf deren Basis Signalfolgen K(i) bildbar sind, die sowohl bei Frequenzversatz null zwischen Sender und Empfänger, als auch bei einem größeren Frequenzversatz beim Einsatz für Synchronisationszwecke einen kleinen Synchronisationsfehler aufweisen.Through the elaborate simulations, a set of Golay sequences of length 16 described could be determined by a set of permutation unit size pairs given in one and / or more of the independent claims, on the basis of which signal sequences K (i) can be formed, which have a small synchronization error both at frequency offset zero between transmitter and receiver, as well as at a larger frequency offset when used for synchronization purposes.
Bei aufwendigen Simulationen stellte sich heraus, daß die Verwendung einer Signalfolge K(i), die sowohl bei kleineren als auch bei größeren Frequenzfehlern (Frequenzversatz) gute Synchronisationseigenschaften aufweist besonders vorteilhaft ist. Daraus folgt eine bevorzugte Wahl von Permutation-Einheitsgrößen-Paaren, aus denen Signalteilfolgen und schließlich Signalfolgen K(i) erhältlich oder bildbar sind. Die Berechnung der Autokorrelationsfunktion in Abhängigkeit von dem Frequenzfehler stellte sich dabei als besonders geeignet zur Beurteilung der Synchronisationseigenschaften einer durch ein Permutation-Einheitsgrößen-Paar gebildete Signalfolge K(i) heraus.In complex simulations, it has been found that the use of a signal sequence K (i), which has good synchronization properties both with smaller and larger frequency errors (frequency offset), is particularly advantageous. This results in a preferred choice of permutation unit size pairs, from which signal subsequences and finally signal sequences K (i) are obtainable or formable. The calculation of the autocorrelation function as a function of the frequency error turned out to be particularly suitable for evaluating the synchronization properties of a signal sequence K (i) formed by a permutation unit variable pair.
Zur Auswahl dieser Signalteilfolgenpaare (K1(j); K2(k)) können dabei auch folgende Kriterien herangezogen werden:
- – Autokorrelationsfunktion: Die Berechnung der Autokorrelationsfunktion unter Berücksichtigung eines Frequenzversatzes zwischen Sende- und Empfangseinheit kann dabei auch gemäß folgender Formel durchgeführt werden:
- ĸ
- Versatz
- n
- Länge der Folge
- i
- Index
- fd
- Frequenzversatz
- ta
- Abtastintervall
- []*
- bedeutet konjugiert komplex
- - Autocorrelation function: The calculation of the autocorrelation function taking into account a frequency offset between the transmitting and receiving unit can also be carried out according to the following formula:
- ÿ
- offset
- n
- Length of the episode
- i
- index
- f d
- frequency offset
- t a
- sampling
- [] *
- means conjugated complex
Dabei können die Werte a(ĸ) für ĸ = 0 ... n – 1 berechnet werden. Ergeben sich mehrere Signalteilfolgenpaare, die ein gleich gutes Verhältnis von Hauptmaximum zum maximalen Nebenmaximum in der Autokorrelationsfunktion der resultierenden Signalfolge K(i) zur Folge haben, so können im weiteren die Signalteilfolgenpaare, die einen geringeren Effektivwert der Nebenminima zur Folge haben, ausgewählt werden. Dabei soll das Verhältnis von Hauptmaximum zum maximalen Nebenmaximum möglichst groß sein und der Effektivwert der Nebenminima möglichst klein. Durch anschließende Link-Level-Simulationen für beispielsweise das UMTS System können Signalteilfolgenpaare ermittelt werden, die sich bei Frequenzfehler 0 kHz und 5 KHz und 10 kHz hinsichtlich des Synchronisationsfehlers ähnlich gut verhalten, wie ein herkömmlicher orthogonaler Gold-Code, der nichthierarchisch aufgebaut ist, und für die Synchronisation bekanntermaßen sehr gute Eigenschaften aufweist.
- – Missed Detektion Rate: Wähle die Signalteilfolgenpaare aus durch Vergleich der Missed Detektion Rate bei Durchführung vollständiger Simulationen.
- – Detektionswahrscheinlichkeiten bei gegebenem Frequenzfehler und gegebenem SNR bei AWGN Kanälen.
- Missed Detection Rate: Select the pairs of signal pairs by comparing the Missed Detection Rate when performing full simulations.
- Detection probabilities given given frequency error and given SNR on AWGN channels.
Im Rahmen der Erfindung liegen somit 10 bis 10^2 Permutation-Einheitsgrößen-Paare, die aus einer grundsätzlich möglichen Menge von Permutation-Einheitsgrößen-Paaren ausgewählt wurden. Die ausgewählten Signalteilfolgen bilden also nur eine sehr kleine Teilmenge der grundsätzlich möglichen Menge von zur Bildung von 16-stelligen Golaysequenzen verwendbaren Permutation-Einheitsgrößen-Paaren.Within the scope of the invention, therefore, there are 10 to 10 ^ 2 permutation unit size pairs selected from a basically possible set of permutation unit size pairs. The selected signal subsequences thus form only a very small subset of the basically possible amount of permutation unit size pairs that can be used to form 16-digit Golay sequences.
Als besonders vorteilhaft erwies sich die Verwendung einer Signalfolge K(i), die die zur Bildung einer Signalteilfolge verwendete Permutation P1, P2, P3, P4 und Einheitsgröße W1, W2, W3, W4 folgender Menge von Permutation-Einheitsgrößen-Paaren (P1 P2 P3 P4, W1 W2 W3 W4;) entnommen ist:
0213, +j+j+j–1; 0213, –j+j+j–1; 0213, +1–j+j–1; 0213, –1–j+j–1; 0213, +1+j–j–1; 0213, –1+j–j–1; 0213, +j–j–j–1; 0213, –j–j–j–1; 0213, +j+j+j+1; 0213, –j+j+j+1; 0213, +1–j+j+1; 0213, –1–j+j+1; 0213, +1+j–j+1; 0213, –1+j–j+1; 0213, +j–j–j+1; 0213, –j–j–j+1; 3120, +1–j+j–1; 3120, –1–j+j–1; 3120, +1+j–j–1; 3120, –1+j–j–1; 3120, +1+j+j+j; 3120, –1+j+j+j; 3120, +1–j–j+j; 3120, –1–j–j+j; 3120, +1+j+j–j; 3120, –1+j+j–; 3120, +1–j–j–j; 3120, –1–j–j–j; 3120, +1–j+j+1; 3120, –1–j+j+1; 3120, +1+j–j+1; 3120, –1+j–j+1;.The use of a signal sequence K (i) which proved to be particularly advantageous was the use of the permutation P 1 , P 2 , P 3 , P 4 and unit size W 1 , W 2 , W 3 , W 4 used to form a partial signal sequence Unit size pairs (P 1 P 2 P 3 P 4 , W 1 W 2 W 3 W 4 ;) is taken:
0213, + j + j + j-1; 0213, -j + j + j-1; 0213, + 1-j + j-1; 0213, -1-j + j-1; 0213, + 1 + j-j-1; 0213, -1 + j-j-1; 0213, + j-j-j-1; 0213, -j-j-j-1; 0213, + j + j + j + 1; 0213, -j + j + j + 1; 0213, + 1-j + j + 1; 0213, -1-j + j + 1; 0213, + 1 + j-j + 1; 0213, -1 + j-j + 1; 0213, + j-j-j + 1; 0213, -j-j-j + 1; 3120, + 1-j + j-1; 3120, -1-j + j-1; 3120, + 1 + j-j-1; 3120, -1 + j-j-1; 3120, + 1 + j + j + j; 3120, -1 + j + j + j; 3120, + 1-j-j + j; 3120, -1-j-j + j; 3120, + 1 + j + j-j; 3120, -1 + j + j-; 3120, + 1-j-j-j; 3120, -1-j-j-j; 3120, + 1-j + j + 1; 3120, -1-j + j + 1; 3120, + 1 + j-j + 1; 3120, -1 + j-j + 1 ;.
Als besonders vorteilhaft erwies sich die Verwendung einer Signalfolge K(i), die die zur Bildung einer Signalteilfolge verwendete Permutation P1, P2, P3, P4 und Einheitsgröße W1, W2, W3, W4 folgender Menge von Permutation-Einheitsgrößen-Paaren (P1 P2 P3 P4, W1 W2 W3 W4;) entnommen ist:
3201, +1–1+1+1; 3201, –1–1+1+1; 3201, +1–1–1+1; 3201, –1–1–1+1; 3201, +1–1+1–1; 3201, –1–1+1–1; 3201, +1–1–1–1; 3201, –1–1–1–1; 1023, +1+1–1+1; 1023, –1+1–1+1; 1023, +1–1–1+1; 1023, –1–1–1+1; 1023, +1+1–1–1; 1023, –1+1–1–1; 1023, +1–1–1–1; 1023, –1–1–1–1;.The use of a signal sequence K (i) which proved to be particularly advantageous was the use of the permutation P 1 , P 2 , P 3 , P 4 and unit size W 1 , W 2 , W 3 , W 4 used to form a partial signal sequence Unit size pairs (P 1 P 2 P 3 P 4 , W 1 W 2 W 3 W 4 ;) is taken:
3201, + 1-1 + 1 + 1; 3201, -1-1 + 1 + 1; 3201, + 1-1-1 + 1; 3201, -1-1-1 + 1; 3201, + 1-1 + 1-1; 3201, -1-1 + 1-1; 3201, + 1-1-1-1; 3201, -1-1-1-1; 1023, + 1 + 1-1 + 1; 1023, -1 + 1-1 + 1; 1023, + 1-1-1 + 1; 1023, -1-1-1 + 1; 1023, + 1 + 1-1-1; 1023, -1 + 1-1-1; 1023, + 1-1-1-1; 1023, -1-1-1-1 ;.
Als besonders vorteilhaft erwies sich die Verwendung einer Signalfolge K(i), die die zur Bildung einer Signalteilfolge verwendete Permutation P1, P2, P3, P4 und Einheitsgröße W1, W2, W3, W4 folgender Menge von Permutation-Einheitsgrößen-Paaren (P1 P2 P3 P4, W1 W2 W3 W4;) entnommen ist:
3201, +1–1+1+1; 3201, –1–1–1+1; 3201, –1–1+1–1; 3201, +1–1–1–1;, und die zur Bildung der zweiten Signalteilfolge verwendete Permutation (P1 P2 P3 P4) gleich 3201 istThe use of a signal sequence K (i) which proved to be particularly advantageous was the use of the permutation P 1 , P 2 , P 3 , P 4 and unit size W 1 , W 2 , W 3 , W 4 used to form a partial signal sequence Unit size pairs (P 1 P 2 P 3 P 4 , W 1 W 2 W 3 W 4 ;) is taken:
3201, + 1-1 + 1 + 1; 3201, -1-1-1 + 1; 3201, -1-1 + 1-1; 3201, + 1-1-1-1, and the permutation (P 1 P 2 P 3 P 4 ) used to form the second signal subsequence is 3201
Verwendet man Signalteilfolgen (konstituierende Sequenzen) für den PSC von UMTS Golaysequenzen der Länge 16, wobei man als Gewichte Wn = 1, –1, i –i und als Verzögerungen eine beliebige Permutation aus Dn = {1, 2, 4, 8} so gibt es mehr als 212 verschiedene Möglichkeiten für jede der beiden konstituierenden Sequenzen. Also insgesamt 224 Möglichkeiten. Durch die ausgewählten Permutation-Einheitsgrößen-Paare können nur zur Bildung von 10 bis 10^2 verschiedenen konstituierenden Sequenzen und somit nur einem sehr kleinen Anteil grundsätzlich möglicher konstituierenden Sequenzen der Länge 16 verwendet werden.Using signal subsequences (constituent sequences) for the PSC of UMTS Golay sequences of length 16, wherein as weights W n = 1, -1, i -i and as delays any permutation of D n = {1, 2, 4, 8 } so there are more than 2 12 different possibilities for each of the two constituent sequences. So a total of 2 24 ways. The selected permutation unit size pairs can only be used to form 10 to 10 ^ 2 different constituent sequences and thus only a very small proportion of generally possible constituent sequences of length 16.
Die Steuereinrichtung STE besteht im wesentlichen aus einem programmgesteuerten Mikrocontroler MC, der schreibend und lesend auf Speicherbausteine SPE zugreifen kann. Der Microcontroler MC steuert und kontrolliert alle wesentlichen Elemente und Funktionen der Funkstation.The control device STE consists essentially of a program-controlled Mikrocontroler MC, which can read and write access memory modules SPE. The microcontroller MC controls and controls all essential elements and functions of the radio station.
Die Verarbeitungseinrichtung VE kann auch durch einen digitalen Signalprozessor DSP gebildet sein, der ebenfalls auf Speicherbausteine SPE zugreifen kann.The processing device VE can also be formed by a digital signal processor DSP, which can also access memory modules SPE.
In den flüchtigen oder nicht flüchtigen Speicherbausteinen SPE sind die Programmdaten, die zur Steuerung der Funkstation und des Kommunikationsablaufs, insbesondere auch der Signalisierungsprozeduren, benötigt werden und während der Verarbeitung von Signalen entstehende Informationen gespeichert. Außerdem können darin Signalfolgen K(i), die zu Korrelationszwecken verwendet werden, und Zwischenergebnisse von Korrelationssummenberechnungen gespeichert werden. Die im Rahmen der Erfindung liegenden Signalfolgen K(i) können also in der Mobilstation und/oder der Basisstation abgespeichert sein. Es ist auch möglich, daß ein oder mehrere der oben aufgeführten Permutation-Einheitsgrößen-Paare oder daraus abgeleitete Signalteilfolgen oder Signalteilfolgenpaare (K1(j); K2(k)) in der Mobilstation und/oder der Basisstation abgespeichert sind. Es ist auch möglich, daß in der Mobilstation und/oder der Basisstation eine Signalfolge K(i) aus einem Signalteilfolgenpaar (K1(j); K2(k)) und/oder eine Signalteilfolge aus einem Permutation-Einheitsgrößen-Paaren gebildet wird.In the volatile or nonvolatile memory modules SPE, the program data required for controlling the radio station and the communication sequence, in particular also the signaling procedures, are stored and information resulting during the processing of signals is stored. In addition, signal sequences K (i), which are used for correlation purposes, and intermediate results of Correlation sum calculations are stored. The signal sequences K (i) lying within the scope of the invention can therefore be stored in the mobile station and / or the base station. It is also possible for one or more of the permutation unit size pairs listed above or signal subsequences or signal subsequence pairs (K1 (j); K2 (k)) derived therefrom to be stored in the mobile station and / or the base station. It is also possible that in the mobile station and / or the base station a signal sequence K (i) is formed from a signal subsequence pair (K1 (j); K2 (k)) and / or a signal subsequence from a permutation unit variable pairs.
Insbesondere kann in einer Basisstation oder in allen Basisstationen eines Systems eine Signalfolge K(i) abgespeichert sein, die in festen oder variablen Abständen zu Synchronisationszwecken ausgesendet wird. In der Mobilstation MS ist das Signalteilfolgenpaar (K1(j); K2(k)), aus dem die in der Basisstation abgespeicherte Signalfolge K(i) bildbar ist oder gebildet werden kann, abgespeichert und wird zur Synchronisation der Mobilstation mit einer Basisstation zur rechenaufwandsgünstigen Korrelationssummenberechnung herangezogen.In particular, in a base station or in all base stations of a system, a signal sequence K (i) can be stored, which is transmitted at fixed or variable intervals for synchronization purposes. In the mobile station MS, the signal subsequence pair (K1 (j); K2 (k)) from which the signal sequence K (i) stored in the base station can be formed or formed is stored and is used for synchronization of the mobile station with a base station for the computing effort Correlation sum calculation used.
Der Hochfrequenzteil HF besteht ggf. aus der Sendeeinrichtung SE, mit einem Modulator und einem Verstärker V und einer Empfangseinrichtung EE mit einem Demodulator und ebenfalls einem Verstärker. Durch Analog/Digitalwandlung werden die analogen Audiosignale und die analogen von der Empfangseinrichtung EE stammenden Signale in digitale Signale gewandelt und vom digitalen Signalprozessor DSP verarbeitet. Nach der Verarbeitung werden ggf. die digitalen Signale durch Digital/Analogwandlung in analoge Audiosignale oder andere Ausgangssignale und analoge der Sendeeinrichtung SE zuzuführende Signale gewandelt. Dazu wird gegebenfalls eine Modulation bzw. Demodulation durchgeführt.The high-frequency part HF optionally consists of the transmitting device SE, with a modulator and an amplifier V and a receiving device EE with a demodulator and also an amplifier. By analog / digital conversion, the analog audio signals and the analog signals originating from the receiving device EE are converted into digital signals and processed by the digital signal processor DSP. After processing, if necessary, the digital signals are converted by digital / analog conversion into analog audio signals or other output signals and analog signals to be supplied to the transmitting device SE. For this purpose, if necessary, a modulation or demodulation is performed.
Der Sendeeinrichtung SE und der Empfangseinrichtung EE wird über den Synthesizer SYN die Frequenz eines spannungsgeregelten Oszilators VCO zugeführt. Mittels des spannungsgesteuerten Oszillators VCO kann auch der Systemtakt zur Taktung von Prozessoreinrichtungen der Funkstation erzeugt werden.The transmitting device SE and the receiving device EE is supplied via the synthesizer SYN the frequency of a voltage-controlled oscillator VCO. By means of the voltage-controlled oscillator VCO and the system clock for clocking processor devices of the radio station can be generated.
Zum Empfang und zum Senden von Signalen über die Luftschnittstelle eines Mobilfunksystems ist eine Antenneneinrichtung ANT vorgesehen. Bei einigen bekannten Mobilfunksystemen, wie dem GSM (Global System for Mobile Communication) werden die Signale zeitlich gepulst in sogenannten bursts empfangen und gesendet.For receiving and transmitting signals via the air interface of a mobile radio system, an antenna device ANT is provided. In some known mobile radio systems, such as the GSM (Global System for Mobile Communication), the signals are pulsed in time in so-called bursts received and sent.
Bei der Funkstation kann es sich auch um eine Basisstation BS handeln. In diesem Fall wird das Lautsprecherelement und das Mikrophonelement der Bedieneinheit MMI durch eine Verbindung zu einem Mobilfunknetz, beispielsweise über einen Basisstationscontroler BSC bzw. eine Vermittlungseinrichtung MSC ersetzt. Um gleichzeitig Daten mit mehreren Mobilstationen MS auszutauschen, verfügt die Basisstation BS über eine entsprechende Vielzahl von Sende- bzw. Empfangseinrichtung.The radio station can also be a base station BS. In this case, the loudspeaker element and the microphone element of the operating unit MMI are replaced by a connection to a mobile radio network, for example via a base station controller BSC or a switching device MSC. In order to exchange data with several mobile stations MS at the same time, the base station BS has a corresponding plurality of transmitting and receiving devices.
In
Zur Berechnung einer weiteren Korrelationssumme S1 wird die Signalfolge K(i) wie in der Figur bildlich dargestellt um ein Element nach rechts verschoben und die Elemente der Signalfolge K(i) mit den entsprechenden Elementen der Signalfolge E(l) paarweise multipliziert, und durch eine Summation der entstehenden Teilergebnisse wieder die Korrelationssumme S1 gebildet.In order to calculate a further correlation sum S1, the signal sequence K (i) is shifted by one element to the right as shown in the figure and the elements of the signal sequence K (i) are multiplied in pairs by the corresponding elements of the signal sequence E (l), and by a Summation of the resulting partial results again formed the correlation sum S1.
Die paarweise Multiplikation der Elemente der Signalfolge mit entsprechenden Elementen der Empfangssignalfolge und die anschließende Summation kann auch in Vektorschreibweise als die Bildung eines Skalarproduktes beschrieben werden, sofern man jeweils die Elemente der Signalfolge und die Elemente der Empfangssignalfolge zu einem Vektor eines kartesischen Koordinatensystems zusammenfaßt: The pairwise multiplication of the elements of the signal sequence with corresponding elements of the received signal sequence and the subsequent summation can also be described in vector notation as the formation of a scalar product, as long as the elements of the signal sequence and the elements of the received signal sequence are combined to form a vector of a Cartesian coordinate system:
In den so ermittelten Korrelationssummen S kann das Maximum gesucht werden, das Maximum der Korrelationssummen S mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen werden, und so ermittelt werden, ob in dem Empfangssignal E(l) die vorgegebene Signalfolge K(i) enthalten ist und wenn ja, wo im Empfangssignal E(l) sie sich befindet, und so zwei Funkstationen miteinander synchronisiert werden bzw. Daten, denen ein individueller Spreizcode in Form einer Signalfolge K(i) aufmoduliert wurde, detektiert werden.In the correlation sums S thus determined, the maximum can be searched, the maximum of the correlation sums S can be compared with a predetermined threshold value, and it can thus be determined whether the predetermined signal sequence K (i) is contained in the received signal E (l) and, if yes, where in the received signal E (l) it is located, and so two radio stations are synchronized with each other or data to which an individual spreading code in the form of a signal sequence K (i) has been modulated, are detected.
In
In
Dies ist bildlich dargestellt durch eine Folge f2, die aus den wiederholten, nacheinander abgebildeten Signalteilfolgen K2(k) besteht, und eine Folge f1, die durch eine gedehnte Signalteilfolge K1(j) über der Folge f2 abgebildet ist.This is illustrated by a sequence f2 which consists of the repeated signal sequences K2 (k) which are shown in succession, and a sequence f1 which is represented by a stretched signal subsequence K1 (j) over the sequence f2.
Durch eine Multiplikation der Elemente der Folge f2 mit den entsprechenden über der Folge f2 abgebildeten Elementen der Folge f1 entsteht die neue Signalfolge K(i) der Länge n. Diese Erzeugung einer Signalfolge K(i) ist unten im Bild noch einmal anhand eines Beispiels zweier binärer Signalteilfolgen der Länge 4 dargestellt.By multiplying the elements of the sequence f2 by the corresponding elements of the sequence f1 mapped over the sequence f2, the new signal sequence K (i) of length n is created. This generation of a signal sequence K (i) is shown below in the figure once again with reference to an example of two binary signal sequences of length 4 shown.
Derart gebildete Signalfolgen K(i) können zur vereinfachten Berechnung von Korrelationssummen dieser Signalfolgen K(i) mit Empfangssignalfolgen E(l) genutzt werden.Signal sequences K (i) thus formed can be used for simplified calculation of correlation sums of these signal sequences K (i) with received signal sequences E (1).
Eine schematische Darstellung einer derartigen vereinfachten und somit auch schnelleren und aufwandgünstigeren Berechnung von Korrelationssummen S ist in den
Zunächst wird eine Teilkorrelationssumme TS(z) gebildet. Dazu wird beispielsweise für das erste Element der Teilkorrelationssummenfolge TS(0) die Korrelationssumme der zweiten Signalteilfolge K2(k) mit dem entsprechenden Abschnitt der Empfangssignalfolge E(l) gebildet.First, a partial correlation sum TS (z) is formed. For this purpose, for example, for the first element of the partial correlation sum sequence TS (0), the correlation sum of the second signal sub-sequence K2 (k) is formed with the corresponding section of the received signal sequence E (1).
Für das zweite Element der Teilkorrelationssummenfolge TS(1) wird die zweite Signalteilfolge K2(k) wie bildlich dargestellt um ein Element verschoben und ebenfalls die Korrelationssumme mit dem entsprechenden Element der Empfangssignalfolge E(l) gebildet usw. For the second element of the partial correlation sum sequence TS (1), the second signal sub-sequence K2 (k) is displaced by one element as illustrated, and the correlation sum is also formed with the corresponding element of the received signal sequence E (1), etc.
Das n-te Element der Teilkorrelationssummenfolge TS(n1·n2 – 1) wird nach n – 1 Verschiebungen der zweiten Signalteilfolge K2(k) gegenüber der Empfangssignalfolge E(l) entsprechend berechnet.The nth element of the partial correlation sum sequence TS (n1 * n2-1) is correspondingly calculated after n-1 shifts of the second signal subsequence K2 (k) with respect to the received signal sequence E (l).
Die so entstehende Teilkorrelationssummenfolge TS(z) ist im oberen Bereich der
Faßt man die ausgewählten Elemente der Teilkorrelationssummenfolge TS(z) und die erste Signalteilfolge K1(j) jeweils zu Vektoren zusammen, so wird die erste Korrelationssumme S0 durch das Skalarprodukt dieser beiden Vektoren erzeugt.If the selected elements of the partial correlation sum sequence TS (z) and the first signal subsequence K1 (j) are combined into vectors, the first correlation sum S0 is generated by the scalar product of these two vectors.
Durch die Speicherung einmal berechneter Teilkorrelationssummen TS kann auf diese bei der späteren Berechnung von weiteren Korrelationssummen zurückgegriffen werden, und somit auf die entsprechenden Rechenschritte verzichtet werden.By storing once calculated partial correlation sums TS, they can be used for the later calculation of further correlation sums, and thus the corresponding calculation steps can be dispensed with.
Je nach Ausführungsvariante kann entweder zunächst die komplette Teilkorrelationssummenfolge TS(z) über die ganze Empfangssignalfolge E(l) berechnet werden und dann die einzelnen Korrelationssummen oder erst bei Bedarf zur Berechnung einer neuen Korrelationssumme die entsprechenden zusätzlich benötigten Teilkorrelationssummen berechnet werden.Depending on the embodiment variant, either the complete partial correlation sum sequence TS (z) can first be calculated over the entire received signal sequence E (1) and then the individual correlation sums or only when necessary to calculate a new correlation sum, the corresponding additional required Teilkorrelationssums be calculated.
In einem ersten Schritt werden die Teilkorrelationssummen TS(z) der zweiten Signalteilfolge K2(k) ++–+ mit entsprechenden Abschnitten der Empfangssignalfolge E(l) berechnet, und dann in einem zweiten Schritt jedes vierte Element der so erzeugten Teilkorrelationssummenfolge TS(z) ausgewählt, mit dem entsprechenden Element der ersten Signalteilfolge K1(j) +––+ multipliziert und zur Korrelationsfolge S0 aufsummiert.In a first step, the partial correlation sums TS (z) of the second signal subsequence K2 (k) ++ - + are calculated with corresponding sections of the received signal sequence E (l), and then in a second step every fourth element of the subcorrelation sum sequence TS (z) thus generated is selected, multiplied by the corresponding element of the first signal subsequence K1 (j) + - + and added up to the correlation sequence S0.
Die dick gezeichneten Linien stellen dabei die neu durchzuführenden Berechnungsschritte dar für die Berechnung einer weiteren Korrelationssumme S1, für den Fall, daß die übrigen Teilkorrelationssummen TS schon zuvor berechnet und abgespeichert wurden.The thick drawn lines represent the new calculation steps to be performed for the calculation of a further correlation sum S1, in the event that the remaining partial correlation sums TS have already been calculated and stored beforehand.
Diese Ausführungsvariante kann möglichst speichereffizient durchgeführt werden, wenn zunächst jede n2-te Teilkorrelationssumme berechnet wird. Dazu werden die Abtastwerte zwischengespeichert.This embodiment variant can be carried out as memory-efficient as possible, if first every n2-th partial correlation sum is calculated. For this, the samples are buffered.
Die
Dabei wird zunächst jedes 4. Element der Empfangssignalfolge E(l) ausgewählt und die Teilkorrelationssummenfolge TS(z) der so ausgewählten Elemente mit der Signalteilfolge K1(j) gebildet. Aus der so entstehenden Teilkorrelationssummenfolge TS(z) werden jeweils 4 aufeinander folgende Elemente ausgewählt, paarweise mit entsprechenden Elementen der Signalteilfolge K2(k) multipliziert und die resultierenden Teilergebnisse zur Korrelationssumme S aufsummiert. Dabei stellen wieder die dick gezeichneten Linien die zusätzlich nötigen Schritte zur Berechnung einer weiteren Korrelationssumme S1 dar, für den Fall, daß die anderen Teilkorrelationssummen TS zuvor schon berechnet und abgespeichert wurden.In this case, first every 4th element of the received signal sequence E (l) is selected and the partial correlation sum sequence TS (z) of the elements thus selected is formed with the signal subsequence K1 (j). From the resulting partial correlation sum sequence TS (z), in each case 4 consecutive elements are selected, multiplied in pairs by corresponding elements of the signal subsequence K2 (k) and the resulting partial results are added up to the correlation sum S. In this case, again the thick drawn lines represent the additionally necessary steps for calculating a further correlation sum S1, in the event that the other partial correlation sums TS have already been calculated and stored previously.
Bei dieser Ausführungsvariante wird weniger Speicher zum Zwischenspeichern der Teilkorrelationssummen benötigt, wenn die Summen sukzessive berechnet werden.In this embodiment, less memory is needed for buffering the partial correlation sums when the sums are calculated successively.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung macht von der durch das regelmäßige Konstruktionsprinzip der Signalfolge K(i) bedingten regelmäßigen (fast periodischen) Struktur der aperiodischen Autokorrelationsfunktion dieser Signalfolge Gebrauch. Dies bedeutet, daß sich bei der Suche eines Signals nicht nur ein Haupt-Maximum ergibt, sondern in regelmäßigen Abständen auch Nebenmaxima auftreten. Zur beschleunigten Suche nach der Signalfolge in der Empfangssignalfolge kann man die Regelmäßigkeit der Lage der Maxima ausnutzen. Sobald ein Nebenmaxima gefunden wurde, kann man aufgrund der Periodizität die Lage der anderen Maxima vorhersagen, d. h. man berechnet die Korrelationssumme lediglich an diesen Stellen. Auf diese Weise kann man schnell das Hauptmaximum detektieren. Allerdings kann es sich bei dem vermeintlichen Nebenmaximum auch nur um einen zufällig (wegen des Rauschanteils) erhöhten Wert handeln. In diesem Fall wird man an den potentiellen Stellen des erwarteten Hauptmaximums tatsächlich kein Maximum finden. Daher wird in diesem Fall die Hypothese verworfen und die Berechnung konventionell fortgesetzt.A further embodiment of the invention makes use of the regular (almost periodic) structure of the aperiodic autocorrelation function of this signal sequence which is conditioned by the regular design principle of the signal sequence K (i). This means that when searching for a signal not only results in a main maximum, but also at regular intervals, secondary maxima occur. For accelerated search for the signal sequence in the received signal sequence, one can exploit the regularity of the position of the maxima. Once a secondary maxima has been found, one can predict the position of the other maxima due to the periodicity, i. H. one calculates the correlation sum only at these places. In this way you can quickly detect the main maximum. However, the supposed secondary maximum can only be a random value (because of the noise component). In this case, one will not actually find a maximum at the potential locations of the expected major maximum. Therefore, in this case, the hypothesis is rejected and the calculation continues conventionally.
Man kann die durch das Konstruktionsprinzip der Signalfolgen bedingte Regelmäßigkeit der Nebenmaxima aber auch zur Eliminierung und Korrektur störender Nebenmaxima im Korrelationsergebnis ausnutzen. Nach der Detektion des Maximums kann man aus dem Maximum die Nebenmaxima berechnen und diesen Wert von den entsprechenden Korrelationsergebnissen subtrahieren. Auf diese Weise erhält man das Korrelationsergebnis einer (hypothetischen) Folge mit perfekter Autokorrelationsfunktion. Dadurch ergibt sich durch die Regelmäßigkeit der Nebenmaxima eine stark vereinfachte Berechnung.One can exploit the regularity of the secondary maxima due to the design principle of the signal sequences, but also the elimination and correction of disturbing secondary maxima in the correlation result. After the detection of the maximum, one can calculate the secondary maxima from the maximum and subtract this value from the corresponding correlation results. In this way one obtains the correlation result of a (hypothetical) sequence with perfect autocorrelation function. As a result, the regularity of the secondary maxima results in a greatly simplified calculation.
In Ausführungsvarianten der Erfindung werden zur Berechnung von Skalarprodukten, Korrelationssummen und/oder Teilkorrelationssummen Effiziente Golay Korrelatoren verwendet. In embodiments of the invention, efficient Golay correlators are used to calculate scalar products, correlation sums, and / or sub-correlation sums.
Definition:Definition:
-
- an(k) und bn(k)a n (k) and b n (k)
-
sind zwei komplexe Folgen der Länge 2N,are two complex sequences of
length 2 N , - δ(k)δ (k)
- ist die Kronecker Delta-Funktion,is the Kronecker Delta function,
- kk
- ist eine die Zeit repräsentierende ganze Zahl,is an integer representing the time,
- nn
- ist die Iterationsnummer,is the iteration number,
- Dn D n
- ist die Verzögerung,is the delay
- Pn, n = 1, 2, ..., N,P n , n = 1, 2, ..., N,
- ist eine beliebige Permutation der Zahlen {0, 1, 2, ..., N – 1},is an arbitrary permutation of the numbers {0, 1, 2, ..., N - 1},
- Wn W n
- können als Gewichte die Werte +1, –1, +i, –i annehmen und wird auch als Einheitsgröße bezeichnet.can take the values +1, -1, + i, -i as weights and is also referred to as a unit size.
Die Korrelation einer Golaysequenz der länge 2N kann in der folgenden Weise effizient durchgeführt werden:
Man definiert die Folgen Ra ( 0 )(k) und Rb ( 0)(k) als Ra ( 0 )(k) = Rb ( 0 )(k) = r(k), wobei r(k) das Empfangssignal ist (oder bereits die Ausgabe einer anderen Korrelationsstufe)The correlation of a Golay sequence of
The sequences R a ( 0 ) (k) and R b ( 0) (k) are defined as R a ( 0 ) (k) = R b ( 0 ) (k) = r (k), where r (k) the received signal is (or already the output of another correlation stage)
Man führt folgenden Schritt N mal aus, n läuft von 1 bis N: Berechne
Und
Wobei W* n das konjugiert komplexe von Wn. Falls die Gewichte W reell sind, ist W* n identisch zu Wn.Where W * n is the conjugate complex of W n . If the weights W are real, W * n is identical to W n .
Ra ( N )(k) ist dann die zu berechnende Korrelationssumme.R a ( N ) (k) is then the correlation sum to be calculated.
In der obigen Formel werden die Größen Rb mit den Gewichten multipliziert. Alternativ kann man auch die Größen Rb mit Gewichten W' multiplizieren, wobei sich die Gewichte W' aus den Gewichten W berechnen lassen. Ggf wird dazu das Eingangssignal selbst, oder das Ausgangssignal noch multipliziert; für die Anwendung als Korrelator kann man diese Multiplikation aber auch weglassen, da ein konstanter Faktor für die Anwendung des Ergebnisses häufig ohne Belang ist. Alternativ kann man diese Multiplikation mit anderen meist nötigen Skalierungen verbinden.In the above formula, the quantities R b are multiplied by the weights. Alternatively, it is also possible to multiply the quantities R b by weights W ', wherein the weights W' can be calculated from the weights W. If necessary, the input signal itself or the output signal is multiplied; but for application as a correlator, one can also omit this multiplication, since a constant factor for the application of the result is often irrelevant. Alternatively one can connect this multiplication with other usually necessary scalings.
Um einen Efficient Golay Korrelator für einen PSC Code der Länge 256 (28) Chips im Empfänger aufzubauen benötigt man 2*·8 – 1 = 15 komplexe AddiererTo build an Efficient Golay correlator for a PSC code of length 256 (2 8 ) chips in the receiver requires 2 * x 8-1 = 15 complex adders
Mit der Kombination aus Hierarchischer Korrelation und Efficient Golay Korrelator benötigt man für einen Hierarchischen Code – beschrieben durch zwei konstituierende Sequenzen X und Y – der Länge 256 (24·24) nur 2·4 – 1 + 2·4 – 1 = 14 komplexe Addierer (auch wenn man vierwertige konstituierende Folgen einsetzt)With the combination of Hierarchical Correlation and Efficient Golay Correlator, for a Hierarchical Code - described by two constituent sequences X and Y - of length 256 (2 4 · 2 4 ) only 2 · 4 - 1 + 2 · 4 - 1 = 14 is needed complex adders (even if you use quadrivalent constituent sequences)
Damit wird der Berechnungsaufwand um 7% reduziert. Das ist enorm, zumal der Rechenaufwand für die primäre Synchronistation in CDMA-Mobilfunksystemen sehr hoch ist.This reduces the calculation effort by 7%. This is enormous, especially since the computational effort for the primary synchronization station in CDMA mobile radio systems is very high.
Im folgenden werden Ausführungsvarianten der Erfindung angegeben:
Man verwendet zur Bildung einer Codefolge der Länge 2NX+NY zwei konstituierende Golaysequenzen der Länge nx = 2NX und ny = 2NY und baue sie wie oben beschrieben hierarchisch auf.In the following, embodiments of the invention are given:
Two constituent Golay sequences of length nx = 2 NX and ny = 2 NY are used to form a code sequence of
Man verwendet als Gewichte für die konstituierenden Golaysequenzen +1 und –1 und erzeuge somit binäre Sequenzen. We use +1 and -1 as weights for the constituent Golay sequences and thus generate binary sequences.
Man verwendet als Gewichte für die konstituierenden Golaysequenzen +1, –1, i oder –i und erzeuge somit 4-Wertige Sequenzen.We use as weights for the constituent Golay sequences +1, -1, i or -i and thus generate 4-valued sequences.
Man verwendet reelle Golaysequenzen.You use real Golay sequences.
Man verwendet komplexe Golaysequenzen.One uses complex Golay sequences.
Man verwendet zwei konstituierende Golaysequenzen gleicher Länge.One uses two constituent Golay sequences of equal length.
Man verwendet zwei komplementäre Golaysequenzen.Two complementary Golay sequences are used.
Man verwendet nur einen Efficient-Golay-Korrelator, ggf. mit programmierbaren Delays zur wahlweisen Berechnung von einer oder beiden komplementären Golaysequenzen.One uses only an efficient Golay correlator, possibly with programmable delays for the optional calculation of one or both complementary Golay sequences.
Man verwendet eine Folge wie beschrieben, füge aber noch zusätzlich Werte ein. Bei der Berechnung müssen diese Werte wie gewohnt akkumuliert werden. Der Rest der Berechnung kann aber wie beschrieben effizient durchgeführt werden. Dies erlaubt die Generierung von Folgen beliebiger Länge.You use a sequence as described, but add additional values. During the calculation, these values must be accumulated as usual. The rest of the calculation can, however, be carried out efficiently as described. This allows the generation of sequences of any length.
Man verwendet zwei konstituierende Teilfolgen.One uses two constituent subsequences.
Man verwendet mehrere konstituierende Teilfolgen.One uses several constituent subsequences.
Man verwendet nur für einen Teil der Teilfolgen eine Golay-Folge.One uses only a part of the subsequences of a Golay sequence.
Man verwendet diese Folgen für den Synchronisationskanal in UMTS.These sequences are used for the synchronization channel in UMTS.
Man verwendet auf Frequenzfehler optimierte konstituierende Golaysequenzen.One uses frequency-optimized constituent Golay sequences.
Man verwendet zur Berechnung der Korrelation zwei hintereinander geschaltete Filter, wobei das eine ein Matched Filter auf die Golaysequenz X und das andere ein Matched Filter auf die Golaysequenz Y mit gespreizten Delays ny·DXn ist.Two filters are used in order to calculate the correlation, one being a matched filter on Golay sequence X and the other a matched filter on Golay sequence Y with spread delays ny * DX n .
Man verwendet zur Berechnung der Korrelation zwei hintereinander geschaltete Filter, wobei das eine ein Matched Filter auf die Golaysequenz X und das andere ein Matched Filter auf die Golaysequenz Y mit gespreizten Delays ny·DXn ist und die Ausgangssignale der Filter entsprechend dem Efficient-Golay-Korrelator-Algorithmus berechnet werden.Two filters are used in order to calculate the correlation, one being a matched filter on Golay sequence X and the other a matched filter on Golay sequence Y with spread delays ny * DX n and the output signals of the filters corresponding to the Efficient Golay sequence. Correlator algorithm can be calculated.
Man verwendet zur Berechnung der Teilkorrelationssummen den Efficient Golay Korrelationsalgorithmus und zu Ermittlung der gesamten Korrelation den Algorithmus für die hierarachische Korrelation.To calculate the partial correlation sums, use the Efficient Golay correlation algorithm and determine the algorithm for the hierarchical correlation to determine the overall correlation.
Die Erfindung ist nicht auf Funkübertragungssysteme beschränkt, sondern kann auch bei Verwendung anderer Übertragungsverfahren z. B. akustischer Verfahren (Ultraschall), insbesondere zu Zwecken der Sonographie, oder optischer Verfahren, beispielsweise die Infrarotmessung nach Lidar-Prinzipien eingesetzt werden. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Untersuchung von Änderungen der spektralen Zusammensetzung von rückgestreuten Signalen.The invention is not limited to radio transmission systems, but can also be used with other transmission methods z. B. acoustic method (ultrasound), in particular for the purposes of sonography, or optical methods, for example, the infrared measurement according to Lidar principles are used. Another field of application is the investigation of changes in the spectral composition of backscattered signals.
Die Bildung von Signalfolgen, ihre Übertragung, sowie die Berechnung von Korrelationssummen dieser Signalfolgen mit empfangenen Signalfolgen kann in unterschiedlichen technischen Gebieten Anwendung finden:
- – zum Zwecke der Synchronisation zweier Übertragungseinheiten, wie beispielsweise Funkstationen, insbesondere die Verwendung dieser Folgen im Synchronisationskanal in CDMA-Mobilfunksystemen, wie das sich in der Standardisierung befindliche UMTS-System,
- – bei der Datenübertragung mittels durch die Signalfolge gespreizte Sendesymbole bzw. Daten in Bandspreiz (spread spectrum)-Systemen, insbesondere zur Ermittlung von Sendesymbolen bzw. Daten, denen eine derartige Signalform aufmoduliert wurde,
- – in der Meßtechnik zur Entfernungs- und Objektvermessung,
- – zur Bestimmung von Übertragungseigenschaften des zwischen Übertragungseinheiten, wie Sendeeinheit und Empfangseinheit liegenden Übertragungskanals, in der Radarmeßtechnik, um die Lage eines Objektes und/oder weitere von der Geometrie und den spezifischen Reflexionseigenschaften des Objektes abhängige Parameter zu bestimmen,
- – zur Bestimmung von Übertragungseigenschaften des zwischen Sender und Empfänger befindlichen Übertragungskanals, in der Radarmeßtechnik zur Bestimmung von Parametern eines rückstreuenden Mediums, insbesondere der Ionosphäre, insbesondere durch inkohärente Streuung,
- For the purpose of synchronizing two transmission units, such as radio stations, in particular the use of these sequences in the synchronization channel in CDMA mobile radio systems, such as the UMTS system undergoing standardization,
- In data transmission by means of transmission symbols spread by the signal sequence or data in spread spectrum systems, in particular for the determination of transmission symbols or data to which such a signal form has been modulated,
- - in the measurement technique for distance and object measurement,
- For determining transmission characteristics of the transmission channel lying between transmission units, such as transmitting unit and receiving unit, in the radar measuring technique in order to determine the position of an object and / or further parameters dependent on the geometry and the specific reflection properties of the object,
- For determining transmission characteristics of the transmission channel between the transmitter and the receiver, in the radar measurement technique for determining parameters of a backscattering medium, in particular of the ionosphere, in particular by incoherent scattering,
Claims (4)
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TSG-RAN WG1 meeting 3, Nynäshamn, Schweden, 22 bis 26 März, 1999, Dokumentnummer: TSGR1 3(99) 205 * |
TSG-RAN WG1 meeting 4, Yokohama, Japan, 18 bis 20 April, 1999, Dokumentnummer: TSGR1 4(99)373 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19919545A1 (en) | 2000-11-02 |
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