DE102015106292A1

DE102015106292A1 - Verfahren mit geringer Komplexität zur Synchronisation von drahtlosen Kommunikationsnetzwerken

Info

Publication number: DE102015106292A1
Application number: DE102015106292.5A
Authority: DE
Inventors: Yuan Gao
Original assignee: Universitaet Duisburg Essen
Current assignee: Universitaet Duisburg Essen
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2015-10-29

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation einer Basisstation eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes und eines ein digitales Signal von der Basisstation empfangenen Nutzergerätes, wobei das digitale Signal in Frames mit einer festen Framelänge in der Zeitdomäne organisiert ist und ein oder mehrere Synchronisationssignale umfasst. Das Synchronisationsverfahren gemäß der Erfindung kann beispielsweise bei LTE und LTE-advanced-Netzwerken angewendet werden und weist eine reduzierte Komplexität auf, was zu einem reduzierten Energie- und Zeitverbrauch der durchzuführenden Synchronisation eines Nutzergerätes führt. Das Verfahren umfasst wenigstens die Schritte des Quantisierens des Synchronisationssignals, um ein besonders quantisiertes Synchronisationssignal zu erhalten, Kreuzkorrelieren des besonders quantisierten Synchronisationssignals mit dem heruntergesampelten digitalen Signal oder dem ursprünglichen digitalen Signal, Akkumulieren des Ergebnisses dieses Kreuzkorrelierens und Stoppen dieses Kreuzkorrelierens mit oder ohne ein besonderes Stoppkriterium.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit geringer Komplexität zur Synchronisation einer Basisstation eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes und eines Nutzergerätes, welches digitale Signale in einem oder mehreren Frequenzbändern von der Basisstation empfängt, wobei das digitale Signal in Frames mit einer festen Frame-Länge in der Zeitdomäne organisiert ist und ein oder mehrere Synchronisationssignale umfasst.
Drahtlose Kommunikationsnetzwerke, wie UMTS, LTE und LTE-advanced umfassen eine Vielzahl von Basisstationen, welche über eine Fläche verteilt sind, auf welcher Drahtloskommunikation zur Verfügung gestellt werden soll. Jede Basisstation dient als Empfänger von digitalen Signalen, welche von Nutzergeräten gesendet, und als Sender von digitalen Signalen, welche von Nutzergeräten empfangen werden sollen. Durch solch eine Anordnung von Basisstationen wird ein zellulares Kommunikationsnetzwerk gebildet, wobei jede Basisstation einen bestimmten Bereich abdeckt, sodass alle digitalen Signale, welche von Nutzergeräten innerhalb des Bereiches gesendet werden, von der Basisstation empfangen werden, welche diesem Bereich zugeordnet ist, und alle digitalen Signale, welche von Nutzergeräten innerhalb des Bereiches empfangen werden sollen, von dieser Basisstation gesendet werden. Die zellulare Struktur eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes ermöglicht eine viel größere Datenkapazität verglichen mit nicht zellularen Kommunikationsnetzwerken. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die gleichen Frequenzressourcen für den Austausch von digitalen Signalen innerhalb jeder Zelle verwendet werden, wohingegen bei nicht zellularen Kommunikationsnetzwerken jede Frequenzressource nur einmal für Datenübertragung zur gleichen Zeit verwendet werden kann.
Die etablierten Kommunikationsnetzwerke berücksichtigen die Bevölkerungsdichte, sodass eine Region mit höherer Bevölkerungsdichte von mehreren und kleineren Zellen, als das in Regionen mit geringerer Bevölkerungsdichte der Fall wäre, abgedeckt werden. Jede Basisstation hält Kommunikationsverbindungen mit allen anderen Basisstationen des Kommunikationsnetzwerkes aufrecht und hält darüber hinaus Kommunikationsverbindungen zu externen Netzwerken wie dem Internet oder dem Standardtelefonnetzwerk aufrecht. Die Schwierigkeit beim Betreiben eines zellularen Kommunikationsnetzwerkes ist es, die Interferenz von digitalen Signalen, welche von Nutzergeräten oder Basisstationen in verschiedenen Zellen gesendet werden, zu verhindern, welche Schwierigkeit besonders bei benachbarten Zellen relevant ist. Um solch eine Interferenz zu verhindern, wird die Signalstärke der von den Basisstationen gesendeten digitalen Signale an die Größe der Zellen angepasst. Durch diese Maßnahme wird verhindert, dass von einer jeweiligen Basisstation gesendete digitale Signale von einem Nutzergerät, welches sich in einer anderen Zelle befindet, empfangen werden können. Daher erlaubt diese Maßnahme die Wiederverwendung des limitierten verfügbaren Frequenzspektrums, welches Spektrum durch andere Techniken, die Radiofrequenzübertragung verwenden, sowie die traditionelle Fernsehübertragung beschränkt werden. Wenn ein Nutzergerät durch ein zellulares Kommunikationsnetzwerk bewegt wird, ist es erforderlich, dass das Nutzergerät die Zelle, in der sich das Nutzergerät gerade aufhält, identifiziert, wobei das Nutzergerät die Zelle, in der es sich befindet, eindeutig identifizieren muss, sodass das Nutzergerät in die Lage versetzt wird, mit der Basisstation der jeweiligen Zelle zu kommunizieren und von außerhalb der Zelle stammende digitale Signale zu der ihr zugeordneten Basisstation übertragen werden können und anschließend von dieser Basisstation gesendet und von dem Nutzergerät empfangen werden. Dieses Kommunikationsverfahren ist besonders von Bedeutung, wenn ein Nutzergerät eine Zelle verlässt und in eine andere während eines Datenaustausches eintritt, wie beispielsweise beim Durchführen eines Telefonanrufes oder Herunterladen einer Datei aus dem Internet. Dieses Zellidentifikationsverfahren basiert auf von jeder Basisstation eines zellularen Kommunikationsnetzwerkes gesendeten Synchronisationssignalen. Die Synchronisationssignale sind in das digitale Signal, welches von der Basisstation gesendet wird, eingebettet. Das Zellidentifikationsverfahren wird von dem Nutzergerät mittels einer Analyse der von jeder Basisstation gesendeten Synchronisationssignale durchgeführt.
Die Basisstationen eines LTE- oder LTE-advanced-Netzwerkes senden Daten in Form von Frames, wobei jeder Frame eine zeitliche Länger von 10 ms aufweist. Der Frame besteht aus zehn Subframes mit jeweils einer Zeitlänge von 1 ms. Jeder Subframe umfasst zwei Slots mit einer Zeitlänge von 0,5 ms. Jeder Slot umfasst sechs oder sieben OFDM(orthogonal frequency division multiplex)-Symbole, welche den Datenstrom darstellen, jeweils umfassend einen cyclic prefix, welcher sich am Anfang jedes Symbols und folglich zwischen den Symbolen befindet. Die Zahl der UFDM-Symbole in einem slot hängt von der Länge des cyclic prefix ab, das heißt cyclic prefix mit kurzer oder langer Länge, wobei jedoch in beiden Fällen jeder slot 15.360 samples mit der Standard sampling rate von 30,72 msps umfasst. Der cyclic prefix verhindert eine Interferenz zwischen den Symbolen auf Seiten des Empfängers und die Länge desselben ist dem Nutzergerät entweder bekannt oder muss durch dieses ermittelt werden. Es gibt zwei Synchronisationssignale bei LTE und LTE-adcanced-Netzwerken, welche Primäres Synchronisationssignal („Primary Synchronization Signal”) und Sekundäres Synchronisationssignal („Secondary synchronization Signal”) genannt werden. Die Primären und Sekundären Synchronisationsignale sind spezielle Symbole, welche sich beide in dem ersten und sechsten Subframe jedes Frames befinden, das heißt, dass sie alle 5 Millisekunden wiederholt werden.
Jede der Zellen eines LTE- oder LTE-advanced-Netzwerkes wird durch eine Bitübertragungsschicht-Zellidentität („physical layer cell identity”) identifiziert. Die Bitübertragungsschicht-Zellidentität reicht von 0 bis 503. Diese 504 Werte sind in Gruppen von 168 Gruppen von Zellen gruppiert und die Zell-Gruppenidentität („cell group identity”) hat entsprechend mögliche Werte in dem Bereich von 0 bis 167. Entsprechend umfasst jede Gruppe jeweils drei Zellen. Jede Zelle innerhalb jeder Gruppe ist eine Zell-Sektoridentität („cell sector identity”) in dem Bereich von 0 bis 2 zugeordnet.
Sei N 1 / ID die Zell-Grupppenidentität und N 2 / ID die Zell-Sektoridentität („cell sector identity”). Dann ist die Zellidentität („cell identity”) N cell / ID N cell / ID = 3·N 1 / ID + N 2 / ID.
Prinzipiell findet die Synchronisation eines Nutzergerätes in zwei Arten von Situationen statt. In der ersten ist das Nutzergerät nicht verbunden mit einem zellularen Kommunikationsnetzwerk und möchte Zugriff auf dieses erhalten. Dies ist der Fall, wenn das Nutzergerät angeschaltet wird, oder wenn das Nutzergerät von dem Netzwerk getrennt wurde, zum Beispiel durch Bewegen desselben außerhalb des Netzwerkes. Die zweite tritt auf, wenn das Nutzergerät bereits mit dem Netzwerk verbunden ist und eine Verbindung zu der Basisstation einer anderen Zelle aufbauen möchte. Letzteres wird „hand over” genannt, welcher die Identifizierung einer neuen Zelle und eine Mitteilung darüber an die alte Zelle umfasst. In beiden Situationen wird die Synchronisation mittels des Primären Synchronisationssignals und des Sekundären Synchronisationssignals, welche wie vorgenannt von der Basisstation jeder Zelle gesendet werden, durchgeführt. Neben der Zellidentifikation ermöglichen die Synchronisationssignale auch eine Zeitsynchronisation für eine korrekte Symbolerfassung („symbol detection”) und Frequenzsynchronisation zur Eliminierung von Frequenzverschiebungen aufgrund einer Bewegung eines Nutzergerätes (Dopplereffekt) oder verschiedenen Radiofrequenz-Generatoren auf Seiten des Nutzergerätes zum einen und der Basisstation zum anderen.
Die Zellidentifikation und das Synchronisationsverfahren nehmen sich wie folgt aus. Zuerst wird das Primäre Synchronisationssignal detektiert, von welchem die Zell-Sektoridentität der jeweiligen Zelle und die Frequenzsynchronisation erhalten wird. Als zweites wird das Sekundäre Synchronisationssignal detektiert, von welchem die Zell-Gruppenidentität der jeweiligen Zelle erhalten wird. Gemäß dem Stand der Technik werden Zeitsynchronisation und die Länge des Zyklischen Präfix' („cyclic prefix”) ebenfalls von dem Sekundären Synchronisationssignal erhalten.
Das von dem Nutzergerät durchgeführte Synchronisationsverfahren basiert auf einer Signalanalyse des Primären Synchronisationssignals und des Sekundären Synchronisationssignals, welche Signalanalyse eine Vielzahl von komplexen Multiplikationen umfasst und daher eine beachtliche Menge an Energie kostet und eine beachtliche Zeitspanne dauert. Komplexe Multiplikationen sind erforderlich, da die Synchronisationssignale ebenso wie die digitalen Signale komplex sind, umfassend einen Realteil und einen Imaginärteil, und da die Synchronisation gewöhnlicherweise mittels der Berechnung von Kreuzkorrelationen durchgeführt wird. Die Kreuzkorrelation CR(a) zweier Funktionen f, g einer Variable t bei einem bestimmten Wert a der Variable, welche in der Telekommunikation gewöhnlich die Zeit ist, kann erhalten werden aus CR(a) = ∫f(t)·g(t + a)dt.
Darum sind zahlreiche komplexe Multiplikationen bei der Synchronisation eines Nutzergerätes erforderlich. Je größer die Zahl an komplexen Multiplikationen ist, desto mehr energie- und zeitbeanspruchend ist das Synchronisationsverfahren. Letzteres senkt nachteilig die Leistungsfähigkeit („performance”) des Zugriffs auf solche zellularen Kommunikationsnetzwerke. Ein weiterer Grund für Verzögerungen bei der Synchronisation ist das geringe Signal zu Rauschverhältnis (SNR), welches zu der Notwendigkeit der Akkumulation von Kreuzkorrelationsergebnissen, bis der Peak-Wert eindeutig bestimmt werden kann, führt. Der Energieverbrauch führt zu einer schnelleren Reduzierung des Ladezustandes der Batterie des Nutzergerätes und wird als zweiter Nachteil angesehen.
Die US 8,614,994 B2 offenbart ein Verfahren zur Kommunikation mit einem LTE/E-UTRA-Netzwerk. Aus diesem Dokument ist bekannt, verschiedene Sampling-Raten zu verwenden, um eine Synchronisation auf der Basis von Primären Synchronisationssignalen durchzuführen und Sekundäre Synchronisationssignale zu detektieren, wobei die Sampling-Rate für die Synchronisation auf der Basis von Primären Synchronisationssignalen kleiner ist als die für die Detektion von Sekundären Synchronisationssignalen. Dadurch wird die von einem Nutzergerät benötigte Speicherkapazität für die Synchronisation reduziert.
Die US 2012/0281629 A1 offenbart ein Verfahren zum Detektieren von Primären Synchronisationssignalen in einem LTE-System. Das Verfahren umfasst die direkte Erzeugung einer Sequenz von lokalen Primären Synchronisationssignalen mit gleicher Amplitude in der Zeitdomäne als abgestimmter Filter und eine Front-End-Verarbeitung eines von einem Nutzergerät empfangenen Signals. Dadurch wird die von einem Nutzergerät für die Detektion von Primären Synchronisationssignalen benötigte Speicherkapazität und ferner die Berechnungskomplexität reduziert, insbesondere bei einem Multikanal-Paralleldetektions-Schema. Die Sequenz Primärer Synchronisationssignale wird aus einem Produkt zweier E-Funktionen gebildet.
Bezüglich der oben genannten Nachteile besteht die von der Erfindung zu lösende Aufgabe in einer signifikanten Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Synchronisationsverfahrens bei drahtlosen Kommunikationsnetzwerken, welche Synchronisationssignale verwenden, insbesondere LTE und LTE-advanced Netzwerke, hinsichtlich des Energie- und Zeitverbrauches.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches wenigstens die Schritte

– Quantisieren des Synchronisationssignals, um ein besonders quantisiertes Synchronisationssignal zu erhalten,
– Kreuzkorrelieren des besonders quantisierten Synchronisationssignals mit dem heruntergesampelten digitalen Signal oder dem ursprünglichen digitalen Signal,
– Akkumulieren des Ergebnisses dieser Kreuzkorrelation und
– Stoppen dieser Kreuzkorrelation mit oder ohne ein besonderes Stoppkriterium

Gemäß dem erfinderischen Verfahren wird das Synchronisationssignal in einer besonderen Weise quantisiert, was einer der Hauptaspekte der vorliegenden Erfindung ist, da das Synchronisationssignal durch eine reduzierte Anzahl von Werten angenähert wird, und da die Quantisierung derart gewählt werden kann, dass die Verarbeitung des quantisierten Synchronisationssignals eine reduzierte Anzahl komplexer Multiplikationen oder gar überhaupt keine komplexen Multiplikationen erfordert. Im Ergebnis wird ein besonders quantisiertes Synchronisationssignal erhalten. Im nächsten Schritt wird das besonders quantisierte Synchronisationssignal mit dem heruntergesampelten digitalen Signal, welches von dem Nutzergerät empfangen wurde oder dem ursprünglichen digitalen Signal, welches von dem Nutzergerät empfangen wurde, kreuzkorreliert. Das Ergebnis der Kreuzkorrelation enthält das gesuchte Synchronisationssignal in der Zeitdomäne als ein Peak. Wenn die Position des Synchronisationssignals oder die Positionen der Synchronisationssignale in der Zeitdomäne bekannt sind, kann der Startsample eines Frames oder eines Abschnitts desselben bestimmt werden, da die zeitliche Relation zwischen dem Synchronisationssignal und dem Sample eines Frames des digitalen Signals bekannt ist, beispielsweise aus dem entsprechenden Standard, wie dem 3G-Standard.
Abhängig von dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis mag es jedoch notwendig sein, mehrere solcher Kreuzkorrelationsergebnisse zu akkumulieren, um den gesuchten Peak zu identifizieren, das heißt das oder die Synchronisationssignale. Solch eine Akkumulation ist notwendig, um das gesuchte Synchronisationssignal als Peak in der Zeitdomäne eindeutig zu identifizieren. Aus dem Ergebnis dieser Akkumulation von Kreuzkorrelationsergebnissen kann bestimmt werden, wo genau das Synchronisationssignal sich innerhalb eines Frames befindet und folglich kann die Synchronisation des Nutzergerätes durchgeführt werden. Möglicherweise müssen zur Durchführung der Synchronisation eines Nutzergerätes ein oder mehrere weitere Synchronisationssignale innerhalb eines Frames des digitalen Signals detektiert und verarbeitet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Synchronisation eines Nutzergerätes verwendet werden, welches versucht, Zugriff auf ein LTE- oder LTE-advanced-Netzwerk zu erhalten, wobei das Synchronisationssignal vorzugsweise das Primäre Synchronisationssignal eines solchen Netzwerkes ist. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf LTE- oder LTE-advanced-Netzwerke beschränkt, sondern kann ebenso für zukünftige Entwicklungen von LTE-Systemen, beispielsweise 5G, verwendet werden. Darüber hinaus umfasst der in der vorliegenden Beschreibung verwendete Begriff „Nutzergerät” nicht nur Nutzergeräte gemäß den derzeitigen LTE-Systemen, sondern ebenfalls in dem Internet-of-Things(IOT)-Netzwerk verteilte Drahtlos-Knoten zukünftiger Systeme.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird das besonders quantisierte Synchronisationssignal durch Berechnung des Realteils des besonders quantisierten Synchronisationssignals S ~_SS,real aus
und der Imaginärteil des besonders quantisierten Synchronisationssignals S ~_SS,imag aus
berechnet, wobei n die Sampel-Anzahl, || || ein den Absolutbetrag ausgebender Operator, [ ] ein eine ganze Zahl ausgebender Rundungsoperator, S ~_SS,real der Realteil des vorverzerrten oder ursprünglichen Synchronisationssignals und S ~_SS,imag der Imaginärteil des vorverzerrten oder ursprünglichen Synchronisationssignals ist.
Durch solch eine Quantisierung sind sowohl der Realteil als auch der Imaginärteil des Synchronisationssignals eine Potenz von 2. Jeder Sample des quantisierten Synchronisationssignals hat nur ein von 0 verschiedenen Bit zusätzlich zu dem Vorzeichenbit, sodass die Kreuzkorrelation mittels einer einfachen Single-Bitshift-Operation durchgeführt werden kann, anstatt von Multiplikationen und also ohne komplexe Multiplikationen. Ferner führt diese Quantisierung zu einer sehr guten Reproduktion des Synchronisationssignals. Ein Vergleich zwischen dem heruntergesampelten Synchronisationssignals und dem gemäß der obigen Formeln quantisierten Synchronisationssignal ist in 2 gegeben. Diese Ausführungsform zum Erhalten eines besonders quantisierten Synchronisationssignals kann zusammen mit anderen Aspekten der Erfindung verwendet werden oder ohne diese, da diese Ausführungsform auch zur Reduktion der Komplexität beiträgt, wenn sie allein verwendet wird.
Die Erfindung stellt ferner ein neues Vorgehen zum Heruntermischen und Heruntersampeln eines von einem Nutzergerät empfangenen digitalen Signals zur Verfügung, welches auch ein Multistufen-Heruntermischen und -Heruntersampeln ermöglicht. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren Heruntermischen und Heruntersampeln durch Multiplizieren des von dem Nutzergerät empfangenen digitalen Signals mit einer Eintonwelle c(n) in der Form
und Zuführen des dadurch erhaltenen Ergebnisses zu einem CIC („cascaded integrator comb”) Filter, wobei n die Sampel-Anzahl, j die Imaginärzahl und ττ die Kreiskonstante sind.
Das von dem Nutzergerät empfangene digitale Signal wird demnach mit der periodischen Folge {1, j, –1, j} multipliziert und einem CIC-Filter zugeführt, weswegen keine komplexen Multiplikationen notwendig sind. Dies reduziert vorteilhaft den Energie- und Zeitverbrauch des Synchronisationsverfahrens. Wenn das Synchronisationssignal in der Umgebung von DC (Direct Current) in der Frequenzdomäne angeordnet ist, ist nur Heruntersampeln notwendig. Wenn die Mitte des Synchronisationssignals einen von Null verschiedenen Versatz von DC in der Frequenzdomäne aufweist, sind aufeinanderfolgende Stufen von Heruntermischen und Heruntersampeln notwendig, wobei die benötigte Anzahl an Stufen von dem Frequenzversatz abhängt. Heruntermischen und Heruntersampeln werden, soweit notwendig, vor den in Anspruch 1 definierten Schritten durchgeführt.
Im Allgemeinen ermöglicht Heruntermischen kleinere Sampling-Raten, wobei die Sampling-Rate gemäß dem Nyquits-Theorem doppelt so hoch sein muss, wie die Frequenz des Signals, welches gesampelt werden soll, um Aliaseffekte zu vermeiden. Normalerweise ist das primäre Synchronisationssignal eines LTE oder LTE-advanced-Netzwerkes bei dem DC, das heißt die Mitte des empfangenen Basisbandsignals in der Frequenzdomäne, zentriert und folglich ist Heruntermischen nicht erforderlich. Es gibt jedoch einige Anwendungen, bei welchen das primäre Synchronisationssignal nicht beim DC zentriert ist, was zu der Notwendigkeit des Heruntermischens des von einem Nutzergerät empfangenen digitalen Signals führt. Beispielsweise mag bei LTE-advanced Netzwerken, bei denen eine sogenannte Träger-Aggregation (carrier aggregation) verwendet wird, das primäre Synchronisationssignal nicht beim DC zentriert sein. Träger-Aggregation ist eine Technik, mit welcher zwei bis fünf Träger gebündelt werden, um die Datenrate pro Nutzergerät zu erhöhen. Es gibt drei Arten von Träger-Aggregation, nämlich die sogenannten „intraband contigious”, „intraband non-contigious” und „interband non-contigious” Träger-Aggregation. Eine Folge der intraband contigious Träger-Aggregation ist, dass das primäre Synchronisationssignal nicht in der Umgebung des DC zentriert ist. Daher ist ein Heruntermischen des primären Synchronisationssignals vor der weiteren Verarbeitung notwendig.
CIC-Filter sind in der digitalen Verarbeitung hinreichend bekannte Tiefpassfilter, welche das Ihnen zugeführte Signal mit einem festen Verhältnis heruntersampeln. CIC-Filter umfassen wenigstens eine Integratorstufe und wenigstens eine Kamm-Stufe, wobei die Anzahl an Integratorstufen und die Anzahl an Kamm-Stufen gleich ist. Folglich umfasst ein CIC-Filter wenigstens ein Paar aus einer Integratorstufe und einer Kamm-Stufe. Die Anzahl an Paaren wird Ordnung des CIC-Filters genannt. Der Vorteil der Verwendung eines CIC-Filters zum Heruntersampeln des von einem Nutzergerät empfangenen digitalen Signals ist, dass Integratorstufen und Kamm-Stufen nur aus Verzögerungselementen und Addierern bestehen und daher keine Multiplikationen erforderlich sind. Folglich reduziert die Verwendung eines CIC-Filters zum Heruntersampeln vorteilhaft den Energie- und Zeitverbrauch des von einem Nutzergerät durchgeführten Synchronisationsverfahrens. Die Kombination aus einem auf einem Viertel der Sampling-Rate basierenden Heruntermischen und einem auf einem CIC-Filter basierenden Heruntersampeln ermöglicht vorteilhaft ein Multistufen-Heruntermischen und -Heruntersampeln, wobei das Ergebnis eines ersten Heruntermisch- und Heruntersamplevorgangs einer Heruntermisch- und Heruntersample-Stufe zugeführt wird und so weiter, sodass das von dem Nutzergerät empfangene digitale Signal schrittweise ohne komplexe Multiplikationen heruntergemischt und heruntergesampelt wird, was zu einer Reduktion der Komplexität des Synchronisationsverfahrens führt und aus diesem Grunde zu einer Reduktion des Verbrauchs von Energie und Zeit. Bei einem konsekutiven Fortschreiten des Heruntermischens und Heruntersampelns kann ein digitales Signal schrittweise in die Richtung kleinerer Frequenzen und kleinerer Sampling-Raten konvertiert werden. Vorzugsweise weist der CIC-Filter die Ordnung Eins auf, da bei CIC-Filtern höherer Ordnung ein Dispersionseffekt der Zeit-Impuls-Antwort auftritt. Trotz, dass ein CIC-Filter der Ordnung Eins bevorzugt ist, da er die geringste Komplexität aufweist, können dennoch CIC-Filter höherer Ordnung verwendet werden.
Im Gegensatz dazu wird das Herunterampeln im Stand der Technik häufig mittels eines Filters mit endlicher Impulsantwort (FIR-Filter) durchgeführt, wobei viele komplexe Multiplikationen involviert sind, insbesondere im Falle sehr hoher Samplingraten.
Diese Ausführungsform des Heruntermischens und Heruntersampelns kann zusammen mit anderen Aspekten der Erfindung oder ohne diese angewendet werden, da diese Ausführungsform auch zur Reduktion der Komplexität beiträgt, wenn sie alleine angewendet wird.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren das Identifizieren des Synchronisationssignals in der Zeitdomäne durch Multiplizieren des Synchronisationssignals in der Frequenzdomäne mit dem Inversen der nicht-flachen Frequenz-Antwort des CIC-Filters, welcher für das Heruntermischen verwendet wird, und Durchführen einer inversen, diskreten Fourier-Transformation des Multiplikationsergebnisses, um das Synchronisationssignal in der Zeitdomäne zu erhalten. Solch ein besonders vorverzerrtes Synchronisationssignal wird offline berechnet, sobald der CIC-Filter entworfen ist. Diese Maßnahme hilft dem Nachteil eines CIC-Filters, welcher wie vorgenannt zum Heruntermischen verwendet wird, nämlich die nicht-flache Frequenzantwort in dem Tiefpassband, ab. Aus diesem Grund wird das Synchronisationssignal in der Frequenzdomäne vorzugsweise mit dem Inversen der Frequenzantwort des CIC-Filters, welcher zum Heruntermischen des von einem Nutzergerät empfangenen digitalen Signals verwendet wird, kompensiert, um das Synchronisationssignal in der Zeitdomäne zu erhalten. Anschließend werden die in Anspruch 1 definierten Schritte durchgeführt.
Der oben genannte Akkumulationsprozess kann durch Verwendung eines besonderen Stoppkriteriums in der Form eines auf dem zyklischen Präfix basierendes Autokorrelations-Stoppkriterium gestoppt werden. Die Verwendung solch eines Stoppkriteriums nutzt die Tatsache aus, dass der zyklische Präfix innerhalb eines Frames häufiger verfügbar ist, das heißt 70 oder 60 Mal bei einem LTE oder LTE-advanced-Netzwerk, abhängig von der Länge des zyklischen Präfix, wobei ein langer zyklischer Präfix (long cyclic prefix) 60 Mal in jedem Frame und ein kurzer zyklischer Präfix (short cyclic prefix) 70 Mal in jedem Frame enthalten ist. Entsprechend führt solch ein Stoppkriterium in Verbindung mit dem genannten Akkumulationsprozess zu einer besseren Synchronisationsleistungsfähigkeit gegenüber dem Stand der Technik hinsichtlich des Zeitverbrauchs.
Die Verwendung solch eines auf einem zyklischen Präfix basierenden Autokorrelations-Stoppkriteriums kann durch folgenden Akkumulationsprozess realisiert werden, welcher ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung umfasst das Identifizieren eines Startsamples eines Frames oder Abschnittes davon als Kreuzkorrelations-Peak einen Akkumulationsprozess mit einem durch Ausnutzung der Autokorrelationseigenschaften eines auf einem zyklischen Präfix basierenden Systems abgesicherten Stoppkriterium, wobei der Akkumulationsprozess die Schritte

– Erzeugen einer ersten Akkumulation durch Akkumulieren quadrierter Kreuzkorrelationsvektoren, welche aus einer Vielzahl von Frames oder Abschnitten davon und dem quantisierten Synchronisationssignal berechnet werden, bis der Maximalwert der ersten Akkumulation größer ist als ein Stellenwert,
– Erzeugen einer zweiten auf einer dem Nutzergerät bekannten zyklischen Präfixlänge basierenden Akkumulation durch Akkumulieren von zyklischer Präfix Autokorrelationen des von dem Nutzergerät empfangenen Frames oder eines Abschnittes davon oder Erzeugen einer zweiten auf der Hypothese einer kurzen zyklischen Präfixlänge basierenden Akkumulation und einer dritten auf der Hypothese einer langen zyklischen Präfixlänge basierenden Akkumulation durch Akkumulieren von zyklischer Präfix Autokorrelationen des von dem Nutzergerät empfangenen Frames oder Abschnittes davon und
– entweder Fortsetzen der ersten Akkumulation, wenn weder die zweite, noch die dritte Akkumulation konvergiert oder Setzen des Maximalwertes der ersten Akkumulation als Startsample des letzten von dem Nutzergerät empfangenen Frames oder eines Abschnittes davon in der Zeitdomäne, wobei es der Zweck der zweiten und dritten Akkumulation ist, sicherzustellen, dass der Maximalwert der ersten Akkumulation zu dem richtigen Peak gehört.

Die zweite und dritte Akkumulation werden zur Realisierung eines Stoppkriteriums für die erste Akkumulation verwendet, das heißt die Akkumulation von Kreuzkorrelationsvektoren, welche durch das Kreuzkorrelieren des besonders quantisierten Synchronisationssignals mit dem von dem Nutzergerät empfangenen heruntergemischten digitalen Signal oder dem von dem Nutzergerät empfangenen ursprünglichen digitalen Signal erhalten werden. In Fällen, in denen die zyklische Präfixlänge dem Nutzergerät bekannt ist, wird nur eine zweite Akkumulation durchgeführt. In Fällen, in denen die zyklische Präfixlänge unbekannt ist, werden eine zweite und eine dritte Akkumulation durchgeführt, wobei die zweite Akkumulation auf der Hypothese einer kurzen zyklischen Präfixlänge und die dritte Akkumulation auf der Hypothese einer langen zyklischen Präfixlänge basieren. Folglich werden in letzterer Situation zwei Akkumulationen zyklischer Präfix-Autokorrelationen gleichzeitig durchgeführt. Wenn die zweite Akkumulation konvergiert, ist die zyklische Präfixlänge zu kurz bestimmt und der Maximalwert der ersten Akkumulation wird als Startsample des letzten von dem Nutzergerät empfangenen Frames oder eines Abschnittes davon in der Zeitdomäne gesetzt. Wenn die dritte Akkumulation konvergiert, ist die zyklische Präfixlänge zu lang bestimmt und der Maximalwert der ersten Akkumulation wird als Startsample des letzten von dem Nutzergerät empfangenen Frames oder eines Abschnittes davon in der Zeitdomäne gesetzt. Die zweite Akkumulation ist statthaft in einem System, bei welchem ein zyklischer Präfix existiert, wie OFDM verwendende Systeme.
Dieser Akkumulationsprozess zum Identifizieren eines Startsamples eines Frames oder Abschnittes davon kann zusammen mit anderen Aspekten der Erfindung verwendet werden oder ohne diese, da dieser Akkumulationsprozess besonders zuverlässig beim Identifizieren eines Peaks von Kreuzkorrelationen als der gesuchte Peak ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Identifizieren eines Startsamples eines Frames oder Abschnittes davon durch Berechnen der Kreuzkorrelation zwischen dem besonders quantisierten Synchronisationssignal und einem Abschnitt mit einer Länge, welche gleich der Hälfte einer Framelänge ist, durchgeführt. Dies ist insbesondere der Fall bei LTE oder LTE-advanced-Netzwerken, da das primäre Synchronisationssignal zweimal pro Frame vorhanden ist, das heißt einmal pro Halbframe. Darum kann die Kreuzkorrelation zum Zwecke der Synchronisierung unter Verwendung eines Halbframes des von einem Nutzergerät empfangenen digitalen Signals durchgeführt werden, was zu einer besseren Synchronisationsleistungsfähigkeit hinsichtlich des Zeitverbrauches führt.
Ferner können die Elemente eines zu verarbeitenden Kreuzkorrelationsvektors gemäß der Erfindung vor der weiteren Verarbeitung quadriert werden, woraus ein quadrierter Kreuzkorrelationsvektor resultiert, was sich besonders für die Akkumulation von Kreuzkorrelationsvektoren eignet.
Bei LTE oder LTE-advanced-Netzwerken wir die Synchronisation eines Nutzergerätes durch Bestimmen der Position (in der Zeitdomäne) des primären Synchronisationssignals in dem Halbframe und Ermitteln der Zell-Sektoridentität daraus erreicht. Anschließend kann die Zellgruppenidentität durch Detektion des sekundären Synchronisationssignals, mit welchem ebenfalls der Anfang eines Frames (in der Zeitdomäne) aufgrund der bekannten Differenz zwischen benachbarten sekundären Synchronisationssignalen innerhalb eines Frames bestimmt werden kann, erreicht. Nach der Detektion sowohl des primären als auch des sekundären Synchronisationssignals wird die Frame-Synchronisation durchgeführt und die Zellidentität N cell / ID ermittelt.
Wenn auch Bezug genommen wurde auf das primäre Synchronisationssignal eines LTE oder LTE-advanced Netzwerkes, kann das Synchronisationssignal gleichwohl jedes Zadoff-Chu-artige Synchronisationssignal oder eine noch andere Art eines Synchronisationssignals sein, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Synchronisationssignal jedoch das Primäre Synchronisationssignal eines LTE oder LTE-advanced-Netzwerkes.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren weiter unter Bezugnahme auf Figuren erklärt, wobei die beschriebenen Ausführungsformen die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei LTE und LTE-advanced-Netzwerken betreffen. Das Verfahren kann jedoch ebenfalls bei anderen drahtlosen Kommunikationsnetzwerken angewendet werden.
1 ist ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ist ein Vergleich zwischen dem Realteil eines ursprünglichen Primären Synchronisationssignals eines LTE-Netzwerkes mit dem Realteil des besonders quantisierten Primären Synchronisationssignals,
3 ist ein Blockdiagramm des Akkumulationsprozesses gemäß der Erfindung,
4 zeigt Simulationsergebnisse einer Zeitsynchronisation mittels des Primären Synchronisationssignals eines LTE-Netzwerkes,
5 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und
6 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches zur Synchronisation eines Nutzergerätes in traditionellen LTE-Systemen verwendet wird. Das primäre Synchronisationssignal ist in der Mitte des DC angeordnet und folglich ist kein Heruntermischen erforderlich. Heruntersampeln des zugefügten digitalen Signals ist jedoch weiterhin notwendig, um die Standard-Input-Samplingrate von 30.72 Msps (million samples per second) auf 1.92 Msps herunterzubringen. Das Heruntersampeln wird mittels eines CIC-Filters der Ordnung Eins erreicht. CIC steht für „cascaded integrator comb” wie oben ausgeführt. Ein CIC-Filter besteht aus Paaren von Integratorstufen und Kammstufen, wobei jedes Paar aus einer Integratorstufe und einer Kammstufe besteht. Die Anzahl dieser Paare definiert die Ordnung des CIC-Filters. Von dem Erfinder durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, dass ein CIC-Filter der Ordnung Eins geeignet ist zur Verwendung bei der LTE-Zeitsynchronisation. CIC-Filter höherer Ordnungen als Eins weisen nachteilhaft einen Dispersionseffekt der Zeit-Impuls-Antwort auf. Da die Frequenzantwort eines CIC-Filters im Tiefpassband nicht-flach ist, wird das primäre Synchronisationssignal in der Frequenzdomäne mit dem Inversen der Frequenzantwort des CIC-Filters, welcher zum Heruntersampeln verwendet wird, kompensiert. Anschließend wird eine inverse diskrete Fourier-Transformation des kompensierten Primären Synchronisationssignals berechnet, woraus das kompensierte Primäre Synchronisationssignal in der Zeitdomäne resultiert. Das kompensierte Primäre Synchronisationssignal in der Zeitdomäne ist in 1 mit „gefenstertes PSS” bezeichnet. Im nächsten Schritt wird das kompensierte primäre Synchronisationssignal in einer besonderen Weise quantisiert (in der Zeitdomäne), wobei der Realteil des besonders quantisierten Synchronisationssignals gemäß
und der Imaginärteil des besonders quantisierten Synchronisationssignals gemäß
berechnet wird, wobei n die Sample-Anzahl, || || ein in dem Absolutbetrag resultierender Operator, [ ] ein in einer ganzen Zahl resultierender Rundungsoperator, S ~_PSS,real der Realteil des vorverzerrten oder ursprünglichen Primären Synchronisationssignals und S ~_PSS,imag der Imaginärteil des vorverzerrten oder ursprünglichen Primären Synchronisationssignals ist. Im letzten Schritt wird das besonders quantisierte Primäre Synchronisationssignal mit einem Abschnitt eines Frames des zugeführten (von einem Nutzergerät empfangenen) digitalen Signals mit einer Länge von 5 ms, wobei es sich um einen Halbframe bei LTE-Netzwerken handelt, kreuzkorreliert. Das Kreuzkorrelations-Ergebnis resultiert in einem Kreuzkorrelationsvektor, welcher mehrere Kreuzkorrelationselemente umfasst. Falls eines dieser Elemente größer ist als ein voreingestellter Schwellenwert, wird dieses Element als Start-Sample des Halbframes in der Zeitdomäne angesehen. Wenn der Startsample des Halbframes in der Zeitdomäne einem Nutzergerät bekannt ist, kann die Zeitsynchronisation des Nutzergerätes vollendet werden, weil die Frames in der Zeitdomäne eine feste Länge aufweisen. Die Zeitsynchronisation ermöglicht es dem Nutzergerät, die von einer Basisstation gesendeten Symbole zu lesen und Daten an die Basisstation zu senden. Falls das Signal zu Rauschverhältnis des digitalen Signals niedrig ist, kann der vorgenannte und in 3 dargestellte Akkumulationsprozess angewendet werden, um den Startsample eines Halbframes zu finden.
2 zeigt einen Vergleich zwischen dem Realteil des ursprünglichen Primären Synchronisationssignals und dem Realteil des besonders quantisierten Primären Synchronisationssignals. Es ist zu sehen, dass die Quantisierung in einer sehr guten Reproduktion des Primären Synchronisationssignals resultiert, sodass das quantisierte Synchronisationssignal zur weiteren Verarbeitung, das heißt für die Kreuzkorrelation, verwendet werden kann.
3 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Akkumulationsprozesses, welcher Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens sein kann. Der Akkumulationsprozess ist notwendig, falls das Signal-zu-Rausch-Verhältnis niedrig ist, das heißt, dass die Qualität des zugeführten digitalen Signals schlecht ist. In solch einem Fall werden zumindest zwei Ergebnisse von Kreuzkorrelationen zwischen dem empfangenen, besonders quantisierten Primären Synchronisationssignal und mehreren Halbframes des von einem Nutzergerät empfangenen digitalen Signals akkumuliert, das heißt aufsummiert, wobei jede Kreuzkorrelation in einem Kreuzkorrelationsvektor, bestehend aus mehreren Elementen, resultiert. Diese erste Akkumulation wird fortgesetzt, bis ihr Maximalwert größer ist als ein voreingestellter Schwellenwert Y. Um zu bestätigen, dass der Maximalwert der ersten Akkumulation tatsächlich der Startsample eines Halbframes ist, wird eine zweite Akkumulation und eine dritte Akkumulation erzeugt. Bei den zweiten und dritten Akkumulationen werden zyklische Präfix-Autokorrelationen des Halbframes akkumuliert, das heißt aufsummiert, wobei die zweite Akkumulation auf der Hypothese einer kurzen zyklischen Präfixlänge basiert und die dritte Akkumulation auf der Hypothese einer langen zyklischen Präfixlänge basiert. Wenn die zweite Akkumulation konvergiert, wird der Maximalwert der ersten Akkumulation als Startsample in der Zeitdomäne des von dem Nutzergerät empfangenen Halbframes gesetzt und die zyklische Präfixlänge zu kurz ermittelt. Wenn andererseits die dritte Akkumulation konvergiert, wird der Maximalwert der ersten Akkumulation als der Startsample in der Zeitdomäne des letzten von dem Nutzergerät empfangenen Halbframes gesetzt und die zyklische Präfixlänge zu lang ermittelt. Anderenfalls wird die erste Akkumulation fortgesetzt, das heißt weitere Kreuzkorrelationen zwischen einem besonders quantisierten Primären Synchronisationssignal und von dem Nutzergerät empfangene Halbframes werden akkumuliert und optional der Schwellenwert erhöht. Der Vorteil von zyklischer Präfix-Autokorrelation gegenüber traditionellem schwellenwertbasierten Verfahren ist, dass der zyklische Präfix häufiger verfügbar ist als das Primäre Synchronisationssignal. Bei LTE oder LTE-advanced-Netzwerken umfasst jeder Halbframe 70 oder 60 zyklische Präfixe (7 oder 6 zyklische Präfixe pro Slot, 2 Slots pro Subframe, 5 Subframes pro Halbframe), wohingegen jeder Halbframe nur ein Primäres Synchronisationssignal beinhaltet. Darum werden die Halbframes für diesen Akkumulationsprozess bei LTE und LTE-advanced-Netzwerken verwendet.
4 zeigt Simulationsergebnisse der Zeitsynchronisation eines Nutzergerätes mittels des Primären Synchronisationssignals eines LTE-Netzwerkes. Das Primäre Synchronisationssignal ist bei DC zentriert, das heißt, dass kein Heruntermischen des zugeführten digitalen Signals notwendig ist. „PSS quantisiert” zeigt an, ob das besonders quantisierte Primäre Synchronisationssignal für die Simulation verwendet wurde. „FREQ offset” ist der normalisierte Trägerfrequenz-Versatz, welcher die Differenz der Trägerfrequenz zwischen Sender und Empfänger ist, das heißt zwischen der Basisstation und einem Nutzergerät. Der normalisierte Trägerfrequenz-Versatz ist größer als –0.5 und kleiner als 0.5. 4 zeigt die Abhängigkeit zwischen der für die Synchronisation eines Nutzergerätes notwendigen Erfassungszeit und dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Ein kleines Signal-zu-Rausch-Verhältnis führt zu einer größeren Erfassungszeit, da mehr Kreuzkorrelationen akkumuliert werden müssen. Da für diesen Akkumulationsprozess vorzugsweise Halbframes verwendet werden, ist die Erfassungszeit ein Vielfaches von 5 ms. Was der 4 entnommen werden kann ist, dass das Verfahren zur Synchronisation gemäß der Erfindung in einer akzeptabel kurzen Zeitspanne durchgeführt werden kann, selbst bei einem Signal-zu-Rausch-Verhältnis von –10 dB. Darüber hinaus vergrößert die Quantisierung die Erfassungszeit nicht, wenn das Signal-zu-Rausch-Verhältnis größer ist als –6 db. Schließlich ist nur ein kleiner Einfluss des Trägerfrequenz-Versatzes vorhanden, was bedeutet, dass ein größerer Trägerfrequenz-Versatz nur zu einer akzeptabel größeren Erfassungszeit führt.
5 zeigt ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In dieser Ausführungsform umfasst das Verfahren einen zusätzlichen Schritt des Heruntermischens eines zugeführten digitalen Signals vor dem Heruntersampeln desselben (siehe 1), welches Heruntermischen notwendig ist, wenn das Primäre Synchronisationssignal nicht bei DC zentriert ist. Diese Situation ist beispielsweise der Fall, wenn ein Nutzergerät im „TV white space” angewendet wird. Der Ausdruck „TV white space” nimmt Bezug auf Televisionsdiensten zugeordnete Frequenzen, welche an der derzeitigen Position des Nutzergerätes nicht verwendet werden. In den meisten Ländern Europas und in China hat jeder TV-Kanal eine Bandbreite von 8 MHz, wo hingegen LTE eine Bandbreite von 20 MHz hat und darum drei Mittenfrequenzen von TV-Kanälen abdeckt, nämlich –8 MHz, 0 MHz und 8 MHz. Wenn die Synchronisation eines Nutzergerätes bei einem lokalen LTE-Netzwerk bei Mittenfrequenzen von –8 MHz und 8 MHz durchgeführt wird, muss digitales Heruntermischen angewendet werden. Das Heruntermischen wird erreicht durch Multiplikation des zugeführten digitalen Signals mit einer Eintonwelle in der Form
wobei n die Sample-Anzahl, j die Imaginärzahl und ττ die Kreiskonstante ist. Wie oben erklärt, ist der Wert von c(n) 1, j, –1 oder –j und folglich werden keine komplexen Multiplikationen benötigt, wenn das digitale Signal mit c(n) multipliziert wird. Wie anhand der Formel gesehen werden kann, beträgt die Frequenz der Eintonwelle ein Viertel der Samplingrate n.
Aus 6 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Ausführungsform umfasst die zusätzlichen Schritte des Heruntermischens und Heruntersampelns des (von einem Nutzergerät empfangenen) zugeführten digitalen Signals, wobei das Heruntermischen wie im Zusammenhang mit 5 vorbeschrieben durch Multiplikation des digitalen Signals mit einer Eintonwelle erreicht wird und das Heruntersampeln wie in Zusammenhang mit 1 vorbeschrieben mittels eines CIC-Filters erreicht wird. Solch ein kaskadiertes Fortschreiten des Heruntermischens und Heruntersampelns wird beispielsweise bei LTE-advanced-Netzwerken benötigt, welche Trägeraggregation, wie intra-band contigious, verwenden, da das Primäre Synchronisationssignal bei intra-band contigious Trägeaggregation nicht bei DC zentriert ist. Gemäß der in 6 gezeigten Ausführungsform der Erfindung wird das zugeführte digitale Signal zuerst heruntergesampelt, um eine Samplingrate von 30.72 Msps zu erhalten und dann heruntergemischt, um eine Position des Primären Synchronisationssignals in der Frequenzdomäne bei 2.2 Mhz zu erhalten. Anschließend wird das Primäre Synchronisationssignal auf 7.68 Msps heruntergesampelt und dann auf 0.28 Mhz heruntergemischt. Anschließend wird das in Zusammenhang mit 1 beschriebene grundlegende Vorgehen angewendet, umfassend Heruntersampeln von 7.68 Msps auf 1.92 Msps, um die Synchronisation eine Nutzergerätes zu erreichen. In all diesen Schritten wird das Heruntermischen durch Multiplizieren des Primären Synchronisationssignals mit einer Eintonwelle in der oben angegebenen Form durchgeführt und das Heruntersampeln wird mittels Zuführen des Primären Synchronisationssignals zu einem CIC-Filter durchgeführt.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme zu bestimmten Ausführungsformen beschrieben wurde, werden auf dem Gebiet der Technik Vorgebildete erkennen, dass verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können und Äquivalente ausgetauscht werden können, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Aus diesem Grund ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt auf die beschriebenen besonderen Ausführungsformen, sondern umfasst alle Ausführungsformen, welche in den Schutzbereich der Patentansprüche fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8614994 B2 [0011]
US 2012/0281629 A1 [0012]

Claims

Ein Verfahren geringer Komplexität zur Synchronisation einer Basisstation eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes und eines ein digitales Signal in einem oder mehreren Frequenzbändern von der Basisstation empfangendes Nutzergerät, wobei das digitale Signal in Frames mit einer festen Frame-Länge in der Zeitdomäne organisiert ist und ein oder mehrere Synchronisationssignale umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren wenigstens die Schritte – Quantisieren des Synchronisationssignals, um ein besonders quantisiertes Synchronisationssignal zu erhalten, – Kreuzkorrelieren des besonders quantisierten Synchronisationssignals mit dem heruntergesampelten digitalen Signal oder dem ursprünglichen digitalen Signal, – Akkumulieren des Ergebnisses dieser Kreuzkorrelation und – Stoppen dieser Kreuzkorrelation mit oder ohne ein besonderes Stoppkriterium umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das besonders quantisierte Synchronisationssignal durch Berechnung des Realteils des besonders quantisierten Synchronisationssignals S ~_SS,real aus
und der Imaginärteil des besonders quantisierten Synchronisationssignals S ~_SS,imag aus
berechnet wird, wobei n die Sampel-Anzahl, || || ein den Absolutbetrag ausgebender Operator, [ ] ein eine ganze Zahl ausgebender Rundungsoperator, S ~_SS,real der Realteil des vorverzerrten oder ursprünglichen Synchronisationssignals und S ~_SS,imag der Imaginärteil des vorverzerrten oder ursprünglichen Synchronisationssignals ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren das Verfahren Heruntermischen und Heruntersampeln durch Multiplizieren des von dem Nutzergerät empfangenen digitalen Signals mit einer Eintonwelle c(n) der Form
und Zuführen des dadurch erhaltenen Ergebnisses zu einem CIC („cascaded integrator comb”) Filter umfasst, wobei n die Sampel-Anzahl, j die Imaginärzahl und ττ die Kreiskonstante sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der CIC-Filter der Ordnung Eins ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Heruntermischen und Heruntersampeln zweimal oder mehr durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Verfahren das Identifizieren des Synchronisationssignals in der Zeitdomäne durch Multiplizieren des Synchronisationssignals in der Frequenzdomäne mit dem Inversen der nicht-flachen Frequenz-Antwort des CIC-Filters und Durchführen einer inversen, diskreten Fourier-Transformation des Multiplikationsergebnisses, um das Synchronisationssignal in der Zeitdomäne zu erhalten, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das besondere Stoppkriterium ein durch zyklische Präfix-Autokorrelation unterstütztes Stoppkriterium ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Identifizieren eines Startsamples eines Frames oder Abschnittes davon als Kreuzkorrelations-Peak einen Akkumulationsprozess mit einem durch Ausnutzung der Autokorrelationseigenschaften eines auf einem zyklischen Präfix basierenden Systems abgesicherten Stoppkriterium umfasst, wobei der Akkumulationsprozess die Schritte umfasst: – Erzeugen einer ersten Akkumulation durch Akkumulieren quadrierter Kreuzkorrelationsvektoren, welche aus einer Vielzahl von Frames oder Abschnitten davon und dem quantisierten Synchronisationssignal berechnet werden, bis der Maximalwert der ersten Akkumulation größer ist als ein Stellenwert, – Erzeugen einer zweiten auf einer dem Nutzergerät bekannten zyklischen Präfixlänge basierenden Akkumulation durch Akkumulieren von zyklischer Präfix Autokorrelationen des von dem Nutzergerät empfangenen Frames oder eines Abschnittes davon oder Erzeugen einer zweiten auf der Hypothese einer kurzen zyklischen Präfixlänge basierenden Akkumulation und einer dritten auf der Hypothese einer langen zyklischen Präfixlänge basierenden Akkumulation durch Akkumulieren von zyklischer Präfix Autokorrelationen des von dem Nutzergerät empfangenen Frames oder Abschnittes davon und – entweder Fortsetzen der ersten Akkumulation, wenn weder die zweite, noch die dritte Akkumulation konvergiert oder Setzen des Maximalwertes der ersten Akkumulation als Startsample des letzten von dem Nutzergerät empfangenen Frames oder eines Abschnittes davon in der Zeitdomäne, umfasst, wobei es der Zweck der zweiten und dritten Akkumulation ist, sicherzustellen, dass der Maximalwert der ersten Akkumulation zu dem richtigen Peak gehört.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Identifizieren eines Startsamples eines Frames oder Abschnittes davon durch Berechnen der Kreuzkorrelation zwischen dem besonders quantisierten Synchronisationssignal und einem Abschnitt mit einer Länge, welche gleich der Hälfte einer Framelänge ist, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Synchronisationssignal ein Zadoff-Chu-artiges Signal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Synchronisationssignal ein Primäres Synchronisationssignal oder ein Sekundäres Synchronisationssignal eines LTE oder LTE-advanced-Kommunikationsnetzwerkes ist.
Ein Verfahren geringer Komplexität zur Synchronisation einer Basisstation eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes und eines ein digitales Signal in einem oder mehreren Frequenzbändern von der Basisstation empfangendes Nutzergerät, wobei das digitale Signal in Frames mit einer festen Frame-Länge in der Zeitdomäne organisiert ist und ein oder mehrere Synchronisationssignale umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren wenigstens den Schritt des Quantisieren des Synchronisationssignals, um ein besonders quantisiertes Synchronisationssignal zu erhalten, umfasst, wobei das besonders quantisierte Synchronisationssignal durch Berechnen des Realteils des besonders quantisierten Synchronisationssignals SSreal aus
und Berechnen des Imaginärteils des besonders quantisierten Synchronisationssignals SSimag aus
erhalten wird, wobei n die Sampel-Anzahl, || || ein den Absolutbetrag ausgebender Operator, [ ] ein eine ganze Zahl ausgebender Rundungsoperator, S ~_SS,real der Realteil des vorverzerrten oder ursprünglichen Synchronisationssignals und S ~_SS,imag der Imaginärteil des vorverzerrten oder ursprünglichen Synchronisationssignals ist.
Ein Verfahren geringer Komplexität zur Synchronisation einer Basisstation eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes und eines ein digitales Signal in einem oder mehreren Frequenzbändern von der Basisstation empfangendes Nutzergerät, wobei das digitale Signal in Frames mit einer festen Frame-Länge in der Zeitdomäne organisiert ist und ein oder mehrere Synchronisationssignale umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Heruntersampeln und Heruntermischen des digitalen Signals durch Multiplizieren des von dem Nutzergerät empfangenen Signals mit einer Eintonwelle c(n) der Form
und Zuführen des dadurch erhaltenen Ergebnisses zu einem CIC („cascaded integrator comb”) Filter umfasst, wobei n die Sampel-Anzahl, j die Imaginärzahl und ττ die Kreiskonstante sind.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verfahren das Identifizieren des Synchronisationssignals in der Zeitdomäne durch Multiplizieren des Synchronisationssignals in der Frequenzdomäne mit dem Inversen der nicht-flachen Frequenz-Antwort des CIC-Filters und Durchführen einer inversen, diskreten Fourier-Transformation des Multiplikationsergebnisses, um das Synchronisationssignal in der Zeitdomäne zu erhalten, umfasst.
Ein Verfahren geringer Komplexität zur Synchronisation einer Basisstation eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes und eines ein digitales Signal in einem oder mehreren Frequenzbändern von der Basisstation empfangendes Nutzergerät, wobei das digitale Signal in Frames mit einer festen Frame-Länge in der Zeitdomäne organisiert ist und ein oder mehrere Synchronisationssignale umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren wenigstens den Schritt des Identifizierens eines Startsamples eines Frames oder Abschnittes davon als Kreuzkorrelations-Peak einen Akkumulationsprozess mit einem durch Ausnutzung der Autokorrelationseigenschaften eines auf einem zyklischen Präfix basierenden Systems abgesicherten Stoppkriterium umfasst, wobei der Akkumulationsprozess die Schritte – Erzeugen einer ersten Akkumulation durch Akkumulieren quadrierter Kreuzkorrelationsvektoren, welche aus einer Vielzahl von Frames oder Abschnitten davon und dem quantisierten Synchronisationssignal berechnet werden, bis der Maximalwert der ersten Akkumulation größer ist als ein Stellenwert, – Erzeugen einer zweiten auf einer dem Nutzergerät bekannten zyklischen Präfixlänge basierenden Akkumulation durch Akkumulieren von zyklischer Präfix Autokorrelationen des von dem Nutzergerät empfangenen Frames oder eines Abschnittes davon oder Erzeugen einer zweiten auf der Hypothese einer kurzen zyklischen Präfixlänge basierenden Akkumulation und einer dritten auf der Hypothese einer langen zyklischen Präfixlänge basierenden Akkumulation durch Akkumulieren von zyklischer Präfix Autokorrelationen des von dem Nutzergerät empfangenen Frames oder Abschnittes davon und – entweder Fortsetzen der ersten Akkumulation, wenn weder die zweite, noch die dritte Akkumulation konvergiert oder Setzen des Maximalwertes der ersten Akkumulation als Startsample des letzten von dem Nutzergerät empfangenen Frames oder eines Abschnittes davon in der Zeitdomäne, umfasst, wobei es der Zweck der zweiten und dritten Akkumulation ist, sicherzustellen, dass der Maximalwert der ersten Akkumulation zu dem richtigen Peak gehört.