Verfahren und Vorrichtung zur Identifizierung eines sinusförmigen Impulssignals

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung eines sinusförmigen Impulssignals bekannter Frequenz, das Teil einer frequenzmodulierten Signalfolge ist.

Für digitale Mobiltelefonnetze wird eine Trägerfrequenzgenauigkeit von 0,1 ppm gefordert. Diese Genauigkeit wäre aber nur durch ein Zeitnormal zu erreichen, das temperaturstabilisiert ist. Um eine Synchronisierung zu ermöglichen, wird von den Basisstationen des Netzes in periodischen Abständen ein "pure sine wave (PSW)-burst" mit einer entsprechenden Frequenz innerhalb eines Übertragungsrahmens gesendet. Im Empfangsteil der Mobilstation muß die Trägerfrequenz nun so eingestellt werden, daß sie von der Frequenz des PSW-bursts um höchstens 10⁻⁷ abweicht. Nach dem Einschalten des Mobiltelefons ist eine Erstsynchronisation auf den PSW-burst durchzuführen. Aufgrund von Unregelmäßigkeiten bei der Funkübertragung ist von Zeit zu Zeit auch eine Korrektursynchronisation durchzuführen, um den PSWburst sicher zu empfangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das sinusförmige Impulssignal des PSW-bursts aus einer Signalfolge zu erkennen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Signalfolge digitalisiert wird und Signalwerte gebildet werden, daß laufend der Autokorrelationsfunktionwert der Signalfolge für eine Verschiebung um eine Periodenlänge des Signals als Periodenwert und der Autokorrelationsfunktionwert für eine Verschiebung um einen Abtastzeitraum als Periodenteilwert ermittelt werden und daß der Periodenwert mit dem Periodenteilwert verglichen wird, wobei der Beginn des Impulssignals identifiziert ist, wenn der Periodenwert größer als der Periodenteilwert wird.

Vom erfindungsgemäßen Verfahren werden die unterschiedlichen Autokorrelationseigenschaften eines sinusförmigen und eines frequenzmodulierten Signals genutzt. Die Autokorrelationsfunktion einer Zeitfunktion nimmt bei modulierten (breitbandigen) Signalen mit wachsendem Variablenwert ab. Beim periodischen Signal ist die Funktion ebenfalls periodisch, wobei die Periode gleich der Periode des Ausgangssignals ist.

Zur besseren Anpassung des erfindungsgemäßen Verfahrens an unterschiedliche Realisierungen ist es vorteilhaft, daß die Signalwerte in einem Speicher zyklisch abgespeichert werden und die Abspeicherung nach dem Beginn des Impulssignals mit dem Absinken des Periodenwertes unter den Periodenteilwert unterbrochen wird und daß aus dem größten Periodenwert die Lage der Abtastwerte des Impulssignals ermittelt und ein Zeitglied rückgesetzt wird. So enthält der Speicher die Abtastwerte der zuletzt abgelaufenen Zeitspanne, innerhalb der ein PSW-burst gesendet wurde. Seine genaue Lage kann unabhängig vom Empfang der weiteren Signalfolge ermittelt werden.

Um nur eine möglichst kurze Signalfolge speichern zu müssen, muß die Erstsynchronisation in Echtzeit erfolgen. Daher entfallen weitgehend konventionelle Methoden digitaler Filterung. Zur schnellen Identifizierung des Impulssignals ist es vorteilhaft, daß die Autokorrelationsfunktion durch Ergänzung mit einer exponentiellen Fensterfunktion verallgemeinert und zur Ermittlung der Perioden- und Periodenteilwerte eine Rekursionsformel verwendet wird.

Es werden bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Trägerfrequenzkorrektur für digitale Mobiltelefone mit Hilfe des PWS-bursts vorgeschlagen. Der Erfindung liegt daher weiter die Aufgabe zugrunde, daß Identifizierungsverfahren mit vorgeschlagenen Vorrichtungen kombinieren zu können.

Dies wird durch eine Vorrichtung zur Identifizierung eines sinusförmigen Impulssignals bekannter Frequenz, aus dem eine Trägerfrequenzkorrektur für digitale Mobiltelefone ableitbar ist, wobei im Empfangsteil des Mobiltelefons ein Frequenzumsetzer vorhanden ist, dem ein Analog/Digital-Wandler und ein Signalprozessor nachgeordnet ist, erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Signalprozessor einen Impulssignaldetektor und einen Trägerfrequenzgenerator enthält, daß ein Speicher zwischen den Analog/Digital-Wandler und den Signalprozessor geschaltet ist und mit Prozessoreingängen des Impulssignaldetektors und des Trägerfrequenzgenerators verbunden ist und daß ein rücksetzbares Zeitglied mit dem Signalprozessor verbunden ist.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Figur näher erläutert. Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild des Ausführungsbeispieles.

Die Fig. zeigt einen Empfangsteil eines digitalen Mobiltelefons, bestehend aus einer Antenne A, der ein Frequenzumsetzer HF/NF nachgeordnet ist. Die ankommende Signalfolge wird auf eine Frequenz von 32 kHz heruntergesetzt. Die Toleranz beträgt + 900 Hz. Das Niederfrequenzsignal wird mit einer Rate von 512 kHz in einem nachgeschalteten Analog/Digital-wandler A/D abgetastet, und die Signalwerte werden in einen Speicher RAM von 512 bytes zyklisch abgelegt. Die Abspeicherung in den Speicher RAM wird unterbrochen, wenn das Ende eines PSW-bursts detektiert wird. Der Speicher RAM enthält dann die Signalwerte der letzten Millisekunde. Unter diesen befinden sich auch die Werte des PSW-bursts. Seine genaue Lage wird durch das Aufsuchen des Maximums von Periodenwerten einer Quasi-Autokorrelationsfunktion ermittelt. Nachdem der PSW-burst lokalisiert ist, wird ein Zeitglied ZG vom Signalprozessor SP zurückgesetzt und die Speicheradresse des letzten Impulssignals-Abtastwertes an einen Trägerfrequenzgenerator FAS übergeben.

Die Autokorrelationsfunktion acf von g(x) einer Zeitfunktion g(t) ist durch die folgende Formel definiert:

Für die Abtastwerte der Zeitfunktion g(t) ist die Autokorrelationsfunktion acf von g(k) definiert durch:

wobei T die Abtastperiode ist. Für eine Sinusfunktion der Periode P folgt daraus, daß die Autokorrelationsfunktion anwächst und der Periodenwert acf(P) größer als der Periodenteilwert acf(P/l6) ist. Für nichtperiodische Funktionen mit Nahkorrelation, z.B. für allgemein bandbegrenzte Signale, nimmt die Autokorrelation im statistischen Sinn für den Erwartungswert ab. Überlagertes weißes Rauschen stellt keine Störung der Autokorrelation dar.

Entsprechend der Relation zwischen der Abtastrate des Analog/ Digital-Wandlers A/D und der Frequenz des Impulssignals beträgt die Periode des Impulssignals 16 ± 0,45 Abtastungen. Zwischen dem Abtastwert, bei dem erstmals der Periodenwert größer als der Periodenteilwert ist und jenem, wo dies erstmals wieder nicht erfüllt ist, liegt das Maximum der Autokorrelationsfunktion und damit das Ende der Trägerfrequenz-Korrekturfolge. Dieses Maximum wird von einer Logikschaltung L ermittelt. Um die Stabilität des Algorithmus zu verbessern, werden die beiden Hysteresekonstanten h1> 1 und h2<1 eingeführt.

Wegen der Abtastrate von 512 kHz bleibt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen lediglich eine Rechenzeit von 1,95 µs. Das sind bei den schnellsten derzeit verfügbaren Signalprozessoren SP 19 Arbeitszyklen. Daher läßt sich die

Berechnung der Autokorrelationswerte nicht bewerkstelligen. Aus einer Verallgemeinerung der Autokorrelationsfunktion ist aber eine Quasi-Autokorrelationsfunktion zu gewinnen. Diese bietet die Möglichkeit einer rekursiven Berechnung. Die Definition der Quasi-Autokorrelationsfunktion aqf für zeitdiskrete Signale g(nT) lautet:

Der Zeitindex j trägt der Tatsache Rechnung, daß der Wert der Quasi-Autokorrelationsfunktion vom Berechnungszeitpunkt abhängt. f ist eine Fensterfunktion. Bei der Verwendung einer exponentiellen Fensterfunktion ergibt sich

Die Quasi-Autokorrelationsfunktion hat qualitativ etwa die gleichen Eigenschaften wie die Autokorrelationsfunktion. Der Trägerfrequenzgenerator FAS benötigt mindestens 247 Werte des PSW-bursts zur Frequenzanpassung. Die theoretisch maximal erhältliche Anzahl korrekter Werte beträgt 275. Durch das erfindungsgemäße Identifizierungsverfahren werden je nach Signal/Rausch-Verhältnis 257 bis 274 Werte zur Verfügung gestellt.