FI106165B - Synkronisointi- ja kanavaestimointitapa TDMA-radiojärjestelmässä - Google Patents

Description

x 106165

Synkronisointi- ja kanavaest Iinoin ti tapa TDMA-radiojärjes-telmässä Käsiteltävä keksintö koskee erästä synkronisointi- 5 ja kanavaestimointitapaa TDMA-radiojärjestelmässä.

TDMA-radiojärjestelmissä (TDMA = Time Division Multiple Access = aikajakoinen multippelikytkentä) lähetetään informaatiota yhdellä kanavalla, lähettäjän tasaisin välein/intervallein lähettämien signaalikehyksien muodossa. 10 Signaalikehyksien väliaikoina on lähetin "hiljaa". Vastaanottajan sykronisoimiseksi näiden signaalikehyksien kanssa sisältää jokainen signaalikehys tunnetun synkroni-sointisanan etukäteen määrätyllä paikalla signaalikehyk-sessä. Esimerkiksi eurooppalaisessa GSM-matkapuhelinjär-15 jestelmässä on tämä synkronisointisana 26 bittiä pitkä. Kun vastaanottaja odottaa lähettimeltä uutta signaalike-hystä generoidaan vastaanottimen harjoitussekvenssi- generaattorissa harjoitussekvenssi, joka on identtinen synkronisointisanan 16 keskimmäisen bitin kanssa. Vastaan-20 otettuja signaaleja verrataan paikallisesti generoituun harjoitussekvenssiin, ja kun sen ja vastaanotettujen signaalien välillä saavutetaan paras mahdollinen korrelaatio katsotaan paikallisesti generoidun ja vastaanotetun signaalin olevan synkronoituja.

25 Pelkän synkronisoinnin lisäksi harjoitussekvenssiä käytetään kanavaestimointiin. Koska radiokanavat altistuvat usein monitie-etenemiselle sisältää vastaanotin jonkinlaisen tasoittimen, joka eliminoi monitie-etenemisen. Tasoitin tarvitsee ajallisesti rajoitetun estimaatin kana-30 van impulssivasteesta. Tämä impulssivaste saadaan korre-, : ' laatiosignaalista. Tähän tarvitaan ei vain sitä, että ol- ' * laan synkronisoidussa tilassa, vaan myös intervalli tai , ikkuna, joka määrittelee monitie-etenemisen ja ilmoittaa missä (milloin) tasoittimen on toimittava.

» 2 106165

Eräs tunnettu tapa löytää paikka tasoittimen ikkunalle on valita se vakiopituinen väli, joka sisältää eni- ? ten energiaa korrelaatiosta. Eräs tämän ta^an haitta on se, että vastaanotetussa signaalissa olevat häiriöt voivat 5 antaa korrelaatiohuipun, joka sijaitsee hyv:.n kaukana oikeasta huipusta. Häiriöt saavat siten aikaan suuren hetkellisen vaikutuksen ikkunan sijaintiin ja aiheuttavat varianssia (epävarmuutta) siihen, mikä antaa huonontuneen vastaanoton.

10 Käsiteltävänä olevan keksinnön tavoitteena on tar jota tapa määrittää krouvimpi (mera robust) kanavaesti-maatti TDMA-radiojärjestelmässä.

Tämä tavoite saavutetaan tavalla, jcnka yksityiskohdat on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

15 Keksinnön toinen tavoite on tapa, jolla TDMA-radio järjestelmässä määritetään synkronisointipa:.kka signaali-kehyksessä .

Tämä tavoite ratkaistaan tavalla, jcnka yksityiskohdat on esitetty patenttivaatimuksessa 10 20 Keksintö, sen muut tavoitteet sekä keksinnöllä saa vutetut edut ovat parhaiten ymmärrettävissä viittaamalla alla olevaan selitykseen ja liitettyihin kuvioihin, joissa :

Kuvio 1 esittää korrelaatio-aikadiagrammin, joka 25 kuvaa aikaisemmin tunnettua tapaa määriteljä TDMA-radio-järjestelmän synkronisointipaikka ja kanavaestimaatti; kuvio 2 esittää vastaavan korrelaatio-aikadiagrammin tapauksessa, jossa radiokanava on altistunut häiriölle; 30 kuvio 3 esittää korrelaatio-aikadiagrammin, joka kuvaa keksinnön mukaisen tavan kuviossa 2 eritetyssä häi- < riölle altistuneessa tapauksessa; kuvio 4 esittää parempana pidetyn suoritusmuodon laitteesta keksinnönmukaisen tavan toteuttamiseksi.

3 106165

Kuvio 1 esittää korrelaatio-aikadiagrammin, jossa näytteenottoajankohdat n on sijoitettu pitkin X-akselia ja ’ paikallisesti generoidun harjoitussekvenssin ja vastaan otetun signaalin välisen korrelaation toiseen potenssiin ' 5 korotetut arvot on sijoitettu Y-akselille.

Seuraavassa keksintöä kuvataan viitaten eurooppalaiseen GSM-järjestelmään. Siinä yksi synkronisointisana koostuu 26 bitistä. Tämän sanan 16 keskimmäistä bittiä esittävät koko synkronisointisanan kanssa olevassa korre-10 laatiossa hyviä korrelaatio-ominaisuuksia, eli maksimi korrelaatio = 16 keskipalkassa ja korrelaatio = 0 muissa kymmenessä paikassa (C(k) = [0 0 0 0 0 16 0 0 0 0 0]). Nämä 16 keskimmäistä bittiä generoidaan vastaanottimen harjoitussekvenssigeneraattorissa harjoitussekvenssiksi. 15 Tätä harjoitussekvenssiä käytetään vastaanotetun signaali-kehyksen kanssa esimerkiksi 11 korrelaatioarvon muodostamiseksi . Näiden korrelaatioarvojen c(n) toiseen potenssiin korotetut arvot esitetään kuviossa 1. Lopulliset synk-ronisointipaikat valitaan siten, että sisäisesti siirret-20 tyjä ikkunoita, joista kukin sisältää 5 korrelaatioarvoa, verrataan kunkin energiasisältöön nähden. Sen ikkunan keskikohta, joka ikkuna sisältää eniten energiaa annetaan synkronointipaikaksi. Sen lisäksi annetaan tuon ikkunan 5 korrelaatioarvoa c(n) kanavaestimaattina tasoittimelle.

; 25 Kuviossa 1 on eri ikkunoita merkitty numeroilla 2 - 8, jossa kuvassa numerot näyttävät ikkunan keskikohdan siinä korrelaatiovektorissa, joka muodostetaan 11 korrelaatioar-vosta. Kuviossa 1 esitetyssä esimerkissä valitsee tunnettu menetelmä niin ikään synkronointipaikaksi m=9, koska kor-30 relaatiohuippu on kohdassa 3 ja energia on samanaikaiseksi - keskittynyt tuon kohdan ympärille.

Käytännössä ei korrelaatiohuippu ole niin yksise- - litteisesti määritelty, kuin kuviossa 1 on esitetty. Nimittäin kohina ja muut lähettimet häiritsevät vastaanotet- 35 tua signaalia, mikä aiheuttaa kanavaestimaatin häiriön.

4 106165

Kuvio 2 esittää epäedullisen tapauksen, jossa häiriöhuippu tulee korrelaatiopaikkaan 8. Jos tämä huippu on riittävän korkea voi tunnetun menetelmän tuloksena Dlla se, että viiden korrelaatioarvon kokonaisenergia sattuu tulemaan 5 suuremmaksi häiriön ympärillä kuin korrelaatiohuipun ympärillä. Sen vuoksi voi tunnettu menetelmä tässä tapauksessa asettaa arvon m=8 sen sijaan, että asettaisi oikean arvon 3. Sitäpaitsi kanavatasoitin saa korrelaatioarvot m=8 kohdalla olevan häiriöhuipun ympäriltä, mikä merkitsee sitä, 10 että tasoitin saa hyvin huonon estimaatin koska estimaatti perustuu häiriöhuippuun.

Kuvio 3 havainnollistaa erästä keksr.nnön mukaisen menetelmän edullista suoritusmuotoa.

Keksinnönmukainen tapa voidaan jakaa useisiin vai-15 heisiin. Ensimmäisessä vaiheessa lasketaan energiapaino-piste w seuraavan kaavan avulla: Σ*Μ*> |! w = - 20 Σ M*) I2

Jc-0 jossa M on korrelaatioarvojen lukumäärä. Eräs sopiva M:n arvo on osoittautunut olevan esimerkiksi 11. Saatu arvo , 25 pyöristetään alustavaksi ikkunan keskisijainniksi m„ pyö ristämällä saatu arvo w lähimpään kokonaislukuun.

Toisessa vaiheessa lasketaan tätä alustavaa ikkunan keskisijaintia ympäröivien kahden ikkunan sisältämien kor-relaatioarvojen c(n) energia seuraavan kaavan avulla: 30

; K

Ea m Σ \c(j+mw+n)\2 n = 0,1 ‘ ' J-K

s 106165 jossa 2K+1=N, eli korrelaatioarvojen lukumäärä kussakin ikkunassa, esimerkiksi 5. Kuviossa 3 merkitsee tämä menetelmä sitä, että w tulee olemaan lähellä 3:a, alustava ikkunan keskisijainti pyöristetään 3:n ja kaksi sijaintien ’ 5 3 ja 4 ympärille keskittynyttä ikkunaa verrataan niiden energiasisältöön nähden. Siihen ikkunaan, jossa on suurin energiasisältö, sisältyvä kerroin c(n) annetaan tasoittimelle kanavaestimaattina.

Lopullinen synkronisointi paikka m voidaan päättää 10 usein tavoin. Eräs tapa on, samoin kuin tunnetussakin menetelmässä, yksinkertaisesti valita ikkunan keskipalkka. Toinen tapa on määrätä valitun ikkunan sisältämä energia-keskus seuraavan kaavan avulla: 15 Σ j\c{j*mw*n) |2 v _ j-r_

x K

lc(j+m„*n) la 20 jossa m„+n merkitsee keskipalkkaa valitussa ikkunassa.

Kuvatussa esimerkissä tutkitaan vain kaksi ikkunaa alustavan ikkunakeskipaikan m* ympäriltä. On toki mahdollista valita useampiakin ikkunoita kuin kaksi. Esimerkiksi : 25 voidaan valita 5 ikkunaa alustavan ikkunakeskipaikan m* • 4 ympäriltä. Ikkunoiden määrä voidaan valita esimerkiksi riippuvaisesti todellisesta aikahajonnasta. Esimerkiksi ikkunoiden määrä voidaan valita suhteessa viivästyshajon-taan s, joka on määritelty seuraavassa 30 ) H-l ·' £ (k-v)2 \c(k) |2 s a ___ . Σ lc(J:)l2 \ Jc-0 35 6 106165

Edelleen on ymmärrettävä, että kunkin ikkunan sisältämien korrelaatioarvojen lukumäärä ei ole rajoitettu viiteen, vaan myös muut arvot ovat mahdollisia.

Eräs keksinnön olennainen etu on se, että ener-5 giakeskuksen määrääminen ja hakuikkunan kiinnittäminen energiakeskuksista ympäröiviin arvoihin antaa vahvemmat sekä synkronisointipaikan että kanavaestimaetin määritykset. Tämä perustuu siihen, että yksittäinen häiriöhuippu korrelaatiossa ei saa aikaan niin suurta vaikutusta ener-10 giakeskuslaskentaan.

Seuraavassa, viitaten kuvioon 4, kuvataan erästä keksinnön mukaisen tavan toteuttamisessa käytetyn laitteen suoritusmuotoa.

Antennin kautta vastaanottimen vastaanottama sig-15 naali muunnetaan sekoittimessa kantataajuussignaaliksi ja jaetaan kahdessa A/D-muuntimessa tavanomaiseen tapaan kompleksiseksi tulosignaaliksi y{n). Tämä tulosignaali korreloidaan korrelaattorissa CORR yhteen vastaanottimen paikallisen harjoitussekvenssigeneraattorin TR harjoitus-20 sekvenssin kanssa. Tämä harjoitussekvenssigeneraattori an taa 16 arvoa korrelaattorille CORR. Korrelaiittorin korre-laatioarvot c (n) talletetaan puskuriin BUF3. Esimerkissä tämä puskuri sisältää 11 muistipaikkaa 11:st.a kompleksista korrelaatioarvoa c(n) varten.

, 25 Yksikössä 10 muodostetaan kunkin korrelaatioarvon * « c(n) absoluuttiarvon neliö. Nämä neliöitetyt arvot annetaan summausyksikölle 20, joka laskee painotetun keskiarvon niistä 11 tulosignaalista, joiden kokonaislukumuotoi-nen painokerroin vaihtelee 10:stä alas 0:at'in. Summausyk-30 sikkö 20 voidaan toteuttaa esimerkiksi kuten FIR-suodatin.

·. Samalla tavoin muodostetaan korrelaatiokertcimien c(n) ne- t liöitetyt summat summausyksikössä 30. Jopa tämä voidaan toteuttaa FIR-suodattimena, jossa kaikki suodatinkertoimet asetetaan l:ksi.

7 106165

Summausyksikön 20 ulostulosignaali A jaetaan jako-yksikössä 40 summausyksikön 30 ulostulosignaalilla B ener-giakeskuksen w muodostamiseksi. Pyöristysyksikössä 50 pyöristetään w lähimpään kokonaislukuun n^. Tämä arvo lukitsee • 5 vertailupaikan summausyksikölle 60, esimerkiksi FIR-suo- dattimelle, joka suorittaa energialaskennan esimerkiksi viiden m* paikan ympärille jaetun, sisäisesti yhden näyt-teenottoaskeleen verran siirretyn ikkunan, joista jokainen sisältää kunkin viiden korrelaatioarvon c(n) neliöön koro-10 tetut summat. Nämä 5 summaa, jotka edustavat kunkin ikkunan sisältämää energiaa, varastoidaan puskuriin BUF2. Yksikössä MAX verrataan näitä 5:ttä arvoa ja niistä valitaan suurin arvo, eli valitaan se ikkuna, jolla oli suurin energiasisältö. Kuten ulostulosignaali, annetaan myös esi-15 merkiksi tämän ikkunan keskipalkka m. Tässä suoritusmuodossa tämä ulostulosignaali määrittelee myös jopa synk-ronisointipaikan. Vaihtoehtoisesti voidaan ikkunan ener-giakeskus laskea yllä olevaan tapaan synkronisointipaikan lopulliseksi määräämiseksi.

20 Ikkunan keskipalkka m johdetaan lisäksi puskuriin BUF1, josta 5 tämän paikan ympärille keskittynyttä korre-laatioarvoa c(n) valitaan muistiyksikköön EST siirtoa varten, johon kanavaestimaatti varastoidaan. Nämä 5 kompleksista arvoa siirretään sitten tasoittimeen kanavatasoitus-; 25 ta varten.

Esitetty keksintö on kuvattu viitaten eurooppalaiseen GSM-järjestelmään. On kuitenkin selvää, että samoja periaatteita voidaan käyttää myös esimerkiksi amerikkalaisessa IS-54 standardin mukaisessa matkapuhelinjärjestel-30 mässä. Itse asiassa keksintöä voidaan käyttää missä tahan- ' ’· sa TDMA-järjestelmässä, joka perustuu siihen, että vas taanotettu signaali synkronoidaan paikallisesti kehitetyn - harjoitussekvenssin kanssa.

Alan ammattilainen ymmärtää että erilaiset keksin-35 nön muutokset ja modifioinnit ovat mahdollisia ilman, että ne olisivat liitetyissä patenttivaatimuksissa kuvatun kek-·, sinnön ulkopuolella.

Claims (10)

1. Tapa TDMA-radiojärjestelmässä valita ensimmäisestä vektorista, joka koostuu M:stä korreLaatioarvoista 5 synkronisointisekvenssin ja M:n näytteenottovälin verran keskenään ajallisesti siirretyn, osittain päällekkäisen signaalikehysosan välillä toinen, N:stä korralaatioarvosta koostuva vektori kanavaestimointia varten t u n n e tt u siitä, että 10 ensimmäisen vektorin energiakeskus Lasketaan seu- raavan kaavan mukaan: ^ Jc|c(A') |2 nr- -¾- 15 £|cU)|2 k-o jossa c(k) merkitsee ensimmäisen vektorin korrelaatioar-20 voa k; laskettu arvo w pyöristetään lähimpään kokonaislukuun ensimmäisen vektorin alustavan ikkunakeskipaikan muodostamista varten; ja N toisiaan seuraavaa, alustavan ikkuriakeskipaikan - 25 ympärille jaettua korrelaatioarvoa valitaai toisen vekto rin muodostamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että valitaan 2L+1 näytteenottoväleln sisäisesti aika-30 siirrettyjä osittain päällekkäisiä vektoreita, joista jo- - - kainen koostuu N=2K+1 toisiaan seuraavista, alustavan ik- kunakeskipisteen n\, ympärille jaetuista korrelaatioar-voista; ja 9 106165 se vektori, 2L+1 valituista vektoreista, jolla on suurin energiasisältö En, eli se vektori, joka maksimoi lauseen K 5 e„ « \c(j+mw*n) |2 n = -L, , L P valitaan kuten toinen vektori.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tapa, tun nettu siitä, että L valitaan todellisesta aikahajon-nasta riippuvaisesti.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen tapa, tunnettu siitä, että L valitaan suhteessa viivästysha- 15 jontaan s, joka on määritelty seuraavasti: Σ (Jc-u02|c(k) |2 "Π&τ

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, t u n- 25. e t t u siitä, että valitaan kaksi näytteenottovälin verran sisäisesti aikasiirrettyä, osittain päällekkäistä vektoria, joista kumpikin koostuu N=2K+1 toisiaan seuraavasta, alustavan ikkunakeskipisteen m* ympärille jaetusta korrelaatioarvos-30 ta; ja se vektori, jolla noista kahdesta valituista vektorista on suurin energiasisältö EH, eli vektori, joka maksimoi lauseen 10 106165 κ Enm Σ Mj+m„+/3) I2 /3 = 0,1 3—X 5 valitaan kuten toinenkin vektori

6. Jonkin patenttivaatimuksen 2-5 mukainen tapa, tunnettu siitä, että kuten lopullinen synk-ronisointipaikka m annetaan paikka toisen vektorin keski- 10 paikalle ensimmäisessä vektorissa.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 2-5 mukainen tapa, tunnettu siitä, että valitun toisen vektorin sisällä oleva energiakes-kus x lasketaan kaavan 15 Y j\c{j+m„+n) I2 x = &- Σ Ic(j+v^Ij M 20 mukaan, jossa πι^,+η merkitsee toisen vektorin keskipalkkaa ensimmäisessä vektorissa; arvo x lisätään toisen vektorin keskipalkkaan πν,,+η; 25 ja edellisessä askeleessa saatu paikka annetaan kuten lopullinen synkronisointipaikka m.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen tapa tunnettu siitä, että ensimmäinen vektori 30 sisältää 11 korrelaatioarvoa eli että M=ll.

9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukai nen tapa tunnettu siitä, että toinen vektori sisältää 5 korrelaatioarvoa eli että N=5. %

10. Tapa TDMA-radiojärjestelmässä määrätä vekto- 35 rista, joka koostuu M:stä korrelaatioarvosta synkronisoin- « . · * 106165 11 tisekvenssin ja M:n näytteenottovälin verran keskenään ajallisesti siirretyn, osittain päällekkäisen signaali-kehysosan välillä kehyksen synkronointipaikka m vektorissa tunnettu siitä, että 5 vektorin energiakeskus määrätään kaavasta: I>|c<*>l2 V = Ä-

10 ElcU)|>

10 Jc-O jossa c(k) merkitsee korrelaatioarvoa k vektorissa, jossa laskettu energiakeskusarvo w muodostaa etsityn synkroni-15 sointipaikan m. 9 • · · 106165 PATEN T’K R A V