SE504792C2 - Frekvens- och tidsluckesynkronisering med användning av adaptiv filtrering - Google Patents

Description

504 10 15 20 25 30 35 792 2 Gränserna för nämnda FCB avbildar TDMA-strukturens tids- luckor. Ur den detekterade FCCH:n synkroniserar mobil- radiotelefonen sin lokaloscillatorfrekvens och sina tids- luckegränser med basstationens med hjälp av frekvenskorri- geringsskuren i FCCH-tidsluckan.

Eftersom skuren är relativt kort måste mobilen finna den i dataströmmen och synkronisera sig med den under denna korta period. Detta är ett resulterande behov för en process som kan detektera närvaron av och gränserna hos FCB:n mycket snabbt och beräkna frekvensavvikelsen mycket noggrant, t o m när signaler mottas i närvaron av brus.

Synkroniseringsprocessen enligt föreliggande uppfin- ning utgörs av stegen att filtrera en mottagen signal med adaptiva filtreringsorgan, lagra denna signal i minnesor- gan, och bestämma om frekvenskorrigeringstonen är närva- rande (detekteringsprocessen). Denna upprättar även grän- serna för TDMA-tidsluckorna. När denna frekvenskorrige- ringston är närvarande; filtrera den lagrade signalen och bestämma skillnaden mellan denna filtrerade signals frek- vens och 67,5 kHz (processen för beräkning av bärfrekvens- avvikelsen).

Fig l visar ett blockschema över processen enligt föreliggande uppfinning.

Fig 2 visar formatet för TDMA-sändningsstyrkanalen med flera ramar.

Fig 3 visar en typisk radiotelefon, som utnyttjar processen enligt av TDMA-typ.

Processen enligt föreliggande uppfinning ger snabb uppfinningen, för användning i ett system frekvens- och tidsluckesynkronisering mellan en mobilra- diotelefon och basstationen med vilken den kommunicerar.

Detta åstadkommes genom detektering av närvaron av och gränserna för frekvenskorrigeringsskuren och bestämning av frekvensen för denna basbandston.

Den föredragna utföringsformen av processen enligt uppfinningen àskàdliggörs i fig 1. Insignalen till denna process är en av tvà basbandskvadratursignaler, I- eller 10 15 20 25 30 35 504 792 3 Q-dataströmmen, som samplas med ett sampel per bit, fràn radiotelefonens mottagare. Denna signal, som betecknas xn i fig 1, filtreras först av ett andra ordningens bandpass- filter 101 med oändligt pulssvar (IIR). Både förstärkning- en och polerna hos detta filter är adaptiva. Förstärkning- en inställs i avsikt att upprätthålla i stort sett enhets- förstärkning genom filtret, dvs utsignalens energi är lika med insignalens energi. Filtrets pol förflyttas så att filtrets band omfattar den mottagna signalen. Utsignalen fràn filtret betecknas yn. Filtreringen utförs enligt följande: 2 m1 = bf. :m1 + an vn + <- fo) Yn-1 Insignalens energi och den filtrerade signalens energi beräknas sedan i energiberäkningsblock 103 och 104.

Beräkningen av insignalens energi görs enligt följande: 2 E(x),,,1 =(1-a,)E(x>,, + Ge Xn+1 Beräkningen av den filtrerade signalens energi görs enligt följande: É(y)n+1 =(1-C1¿)Éyn + a, yírl där ae är energianpassningskoefficienten som sätts till 0,091 för beräkningsoperationerna.

Insignal- och utsignalenergierna E(x)n+1 och E(y)n+l jämförs i ett förstärkningsanpassningsblock 105 och filt- rets förstärkning anpassas till att matcha insignalens och den filtrerade signalens energier. Denna anpassade för- stärkning àterförs sedan till filtret. Denna jämförelse och anpassning utförs enligt följande: gn-l = ¶E(x)n+l/E(y)n+l v bn-l = bn (1 + mb (gn+1'1)) där bn+l är det adaptiva filtrets förstärkning och ab är 504 10 15 20 25 30 35 792 4 där bn+1 är det adaptiva filtrets förstärkning och db är förstärkningsanpassningskoefficienten som sätts till 0,077 för förstärkningsanpassningsoperationen.

Polanpassningsblocket 102 beräknar den filtrerade signalens ögonblicksfrekvens. Det adaptiva filtrets pol anpassas mot denna frekvens och den nya polplaceringen àterkopplas till filtret 101. Denna operation görs enligt följande: :f o1s Buona) me..

IH |2yn| > |Yn-1+Yn+1| 3 fifl 6n+1 = (Yn-l + Yn-»fi f (Yu) ana :av an* (lraphen-v-l man End! där Sn är en beräknad ögonblickspol och ap är polanpass- som sätts till 0,083 för polanpass- ningsoperationen. När det adaptiva filtret spàrar en ren ningskoefficienten, ton, såsom i frekvenskorrigeringsskuren, ligger insigna- lens hela energi i bandpassfiltrets band. Enhetsförstärk- ning kan således nås genom filtret 101 med det lägsta vär- det pá filterförstärkningen. Detta förhållande kontrolle- ras för att bestämma den ögonblickliga närvaron av en ton i tondetekteringsblocket 106. Om gn+1 tröskel 1,2 och bn+1 är mindre än en tröskel f(an) är är mindre än en tonen närvarande.

Ett timerblock 107 mäter längden av tiden under vil- ken tonen består. Om denna ton finns under åtminstone 100 sampel i den föredragna utföringsformen har frekvenskorri- geringsskurens närvaro verifierats. Denna integrering hindrar algoritmen fràn att falskt detektera en signal som under korta perioder kan uppträda som en smalbandig sig- nal.

Signalen xn, som är insignal till filtret 101, lagras även i en skiftregisterbuffert 108. När det en gång har 10 15 20 25 30 35 504 792 5 bestämts att denna lagrade signal är fekvenskorrigerings- skuren inmatas signalen från bufferten 108 till bandpass- filtret 101 igen under användning av optimala koefficien- ter a* och b*, som bestäms under detekteringsprocessen.

Eftersom filtrets 101 passband nu är inställt på frekvens- korrigeringsskurens frekvens, efter anpassningen ovan, släpper det förbi denna signal utan dämpning och filtrerar ut bakgrundsbruset, varvid det således förbättrar det ef- fektiva signal-brusförhállandet. _ 2 Ym-l = b' xn+1 4' a yn + (_ 1.0) yli-l Den filtrerade signalen yn behandlas därefter med användning av en minstakvadratfels-estimeringsprooess för alstring av ett frekvensestimat q* av basbandstonen.

Skillnaden mellan q* och p/2(67,5 kHz) är frekvensav- vikelsen mellan basstationens och mobilradiotelefonens bärfrekvenser. Denna matas till radiotelefonens lokal- oscillatorkrets för att kompensera för bärfrekvensav- vikelsen. Den ovan beskrivna processen utförs periodiskt för att hälla mobilradiotelefonen låst pà basstationens bärfrekvens.

Ett exempel pà mottagningsdelen i en typisk mobil- radiotelefon för användning i ett TDMA-system visas i fig 3. I- och Q-avkodarblocket innehåller synkronise- ringsprocessen enligt föreliggande uppfinning som beskrivs häri. Denna typ av radiotelefon diskuteras mer detaljerat i parallellansökan US-590 415 “Interference Reduction Using an Adaptive Receiver Filter, Signal Strength, and BER Sensing“, ingiven den 28 september 1990 för Cahills räkning.

Sammanfattningsvis har en ny process visats som kom- mer att synkronisera en mobilradiotelefons lokaloscilla- torfrekvens och tidsluckepositionering med motsvarande hos den mottagna signalen från en basstation. Denna synkroni- sering uppträder i realtid och med betydligt förbättrad noggrannhet.

Claims (6)

504 792 6 10 15 20 25 30 35 PATENTKRAV

1. Förfarande för frekvenssynkronisering mellan en basstation för cellulär kommunikation som sänder ett flertal signaler, varvid åtminstone en av flertalet sig- naler har en frekvenskorrigeringston, och en mobilkommu- nikationsanordning, som mottar nämnda flertal signaler, varvid mobilkommunikationsanordningen har lokaloscille- rande organ med en variabel frekvens, k ä n n e - t e c k n a t av stegen att: (101) signaler för alstring av en första filtrerad signal; (108) alstra en mellanlagrad signal; (102-107) är närvarande i den första signalen genom bestämning av a) filtrera en första signal av nämnda flertal b) mellanlagra den första signalen för att c) bestämma om frekvenskorrigeringstonen en energi hos den första signalen och en energi hos den filtrerade signalen samt en varaktighet under vilken ett förhållande mellan dessa energier existerar; d) filtrera (110) frekvenskorrigeringstonen är närvarande, den mellanlagrade signalen, när för att alstra en andra filtrerad signal, som innehåller information om bärfrekvensförskjutning; och (109) när frekvenskorrigeringstonen är närvarande, e) bestämma ur den andra filtrerade signalen, en frekvens- skillnad mellan bärfrekvensen hos signalen från bassta- tionen och frekvensen hos det lokaloscillerande organet i mobilkommunikationsanordningen.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a t av att inställa det lokaloscillerande or- ganet i mobilkommunikationsanordningen som gensvar på frekvensskillnaden.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a t av att förhållandet mellan energin hos den första signalen och energin hos den filtrerade signalen är likhet. 10 15 20 25 30 35 7 504 792

4. Förfarande för frekvenssynkronisering i ett cel- lulärt kommunikationssystem med tilldelad multipelàtkomst (TDMA) flertal TDMA-signaler vid ett flertal frekvenser, och en mellan en kommunikationsbasstation, som sänder ett mobilkommunikationsenhet, som mottar nämnda flertal sig- naler, varvid varje signal utgörs av ett flertal sampel och varvid åtminstone en av signalerna har en frekvens- korrigeringston, vilken mobilkommunikationsenhet har lokaloscillerande organ med en variabel frekvens som varierar som gensvar på frekvenskorrigeringstonen, k ä n n e t e c k n a't av att: a) filtrera (101) en första signal av nämnda flertal signaler medelst ett adaptivt filter för att alstra en filtrerad signal, varvid det adaptiva filtret har en variabel förstärkning och en variabel pol; b) mellanlagra (108) den första signalen för att alstra en mellanlagrad signal; c) bestämma (104) en första energinivå hos den första signalen; d) bestämma (103) en andra energinivå hos den filt- rerade signalen; e) variera (105) det adaptiva filtrets förstärkning som gensvar pà en skillnad mellan den första och den andra energinivàn; (102) svar på den filtrerade signalens frekvens; (106-107) ett antal sampel hos den f) variera det adaptiva filtrets pol som gen- g) bestämma första signalen, när den första energinivàn är lika med den andra energinivàn, för vilka ett förhållande mellan den första och den andra energin existerar; h) filtrera alstra en andra filtrerad signal, (110) den mellanlagrade signalen för att som har information om bärfrekvensavvikelse, när antalet sampel väsentligen är det förutbestämda antalet; i) ur den andra filtrerade signalen bestämma en och frekvensdifferens mellan bärfrekvensen hos signalen från basstationen och frekvensen hos det lokaloscillerande 504 792 8 10 15 20 25 30 35 organet i mobilkommunikationsenheten, om antalet sampel väsentligen är ett förutbestämt antal.

5. Förfarande enligt patentkrav 4, k ä n n e - t e c k n a t av steget att inställa det lokaloscille- rande organet i mobilkommunikationsenheten som gensvar på frekvensskillnaden.

6. Radiotelefon för användning i ett cellulärt kom- munikationssystem av TDMA-typ, vilken radiotelefon har demoduleringsorgan för alstring av I- och Q-signaler, k ä n n e t e c k n a t av a) organ för sändning av en första signal; b) organ för mottagning av en andra signal, som är anslutet till TDMA-demoduleringsorganet, varvid TDMA- demoduleringsorganet behandlar den andra signalen för alstring av I- och Q-signaler; och c) behandlingsorgan för behandling av I- och Q-sig- nalerna, vilket behandlingsorgan utför stegen: (101) tal signaler medelst ett adaptivt filter för alstring av filtrering av en första signal av nämnda fler- en första filtrerad signal; mellanlagring (108) av den första signalen för alst- ring av en mellanlagrad signal; bestämning (102-107) av om frekvenskorrigeringstonen är närvarande i den första signalen genom bestämning av en energi hos den första signalen och en energi hos den filtrerade signalen samt en varaktighet under vilken ett förhållande mellan dessa energier existerar; (110) frekvenskorrigeringstonen är närvarande, filtrering av den mellanlagrade signalen, när för alstring av en andra filtrerad signal, som innehåller information om bärfrekvensförskjutning; och (109) en frekvensskillnad mellan bärfrekvensen hos signalen bestämning ur den andra filtrerade signalen av från basstationen och frekvensen hos mobilkommunikations- enhetens lokaloscilleringsorgan.