DE102011008731A1 - Method for determining start position of data frame in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) data stream, involves determining starting position of OFDM data frame according to sampling time of maximum value of metric values - Google Patents
Method for determining start position of data frame in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) data stream, involves determining starting position of OFDM data frame according to sampling time of maximum value of metric values Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Beginns eines Datenrahmens in einem OFDM-Datenstrom.The invention relates to a method and a device for determining the beginning of a data frame in an OFDM data stream.
Zur Synchronisierung zwischen Sender und Empfänger in einem Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing(OFDM)-Übertragungssystem wird vielfach die Startposition von Datenrahmen (frame) innerhalb des OFDM-Datenstroms herangezogen.For synchronization between transmitter and receiver in an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) transmission system often the starting position of data frame within the OFDM data stream is used.
Aus der
Beim Worldwide-Interoperability-for-Microwave-Access-Standard (WiMAX) IEEE 802.16 werden keine Null-Symbole am Beginn eines OFDM-Datenrahmens übertragen, so dass eine Detektion des Beginns von OFDM-Datenrahmen auf der Basis einer Leistungsmessung ausscheidet.With the Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) standard IEEE 802.16, no null symbols are transmitted at the beginning of an OFDM data frame, so that detection of the beginning of OFDM data frames on the basis of a power measurement is eliminated.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Beginns von OFDM-Datenrahmen in einem OFDM-Datenstrom einer Datenübertragung nach dem WiMAX-Standard zu schaffen.The object of the invention is therefore to provide a method and a device for determining the beginning of OFDM data frames in an OFDM data stream of a data transmission according to the WiMAX standard.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ermittlung des ersten Abtastwertes eines Datenrahmens in einem OFDM-Datenstrom mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung zur Ermittlung des ersten Abtastwertes eines Datenrahmens in einem OFDM-Datenstrom mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte technische Erweiterungen sind in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.The object is achieved by a method for determining the first sample value of a data frame in an OFDM data stream having the features of
Erfindungsgemäß wird für jeden Abtastwert des OFDM-Datenstroms in einem ersten Schritt eine erste Metrik mittels „zyklischer Guard-Intervalls-Korrelation” und in einem zweiten Schritt zweite Metrikwerte einer zweiten Metrik mittels Addition einer der Anzahl von innerhalb eines Datenrahmenintervalls übertragenen OFDM-Symbolen entsprechenden Anzahl von zeitlich versetzten ersten Metrikwerten ermittelt, deren Abstände jeweils den Abständen zwischen den ersten Abtastwerten der innerhalb des Datenrahmenintervalls übertragenen OFDM-Symbolen entspricht. In einem dritten Schritt wird schließlich der Maximalwert der zweiten Metrik innerhalb eines Datenrahmenintervalls als erster Abtastwert des OFDM-Datenrahmens detektiert.According to the invention, for each sample of the OFDM data stream in a first step, a first metric by means of "cyclic guard interval correlation" and in a second step second metric values of a second metric by adding one of the number of OFDM symbols transmitted within a data frame interval of time-offset first metric values whose intervals correspond in each case to the distances between the first samples of the OFDM symbols transmitted within the data frame interval. Finally, in a third step, the maximum value of the second metric is detected within a data frame interval as the first sample of the OFDM data frame.
Bei der Ermittlung der ersten Metrik mittels „zyklischer Guard-Intervalls-Korrelation” wird ausgenutzt, dass die in einem Guard-Intervall übertragenen Daten identisch zu den Abtastwerten sind, die, um die Anzahl von für eine Nutzdatenübertragung in einem OFDM-Symbol vorgesehenen Abtastwerten beabstandet, am Ende eines OFDM-Symbols positioniert sind.When determining the first metric by means of "guard-interval cyclic correlation", use is made of the fact that the data transmitted in a guard interval are identical to the samples spaced by the number of samples provided for useful data transmission in an OFDM symbol , are positioned at the end of an OFDM symbol.
Hierzu werden in einer „zyklischen Guard-Intervalls Korrelation” zyklisch eine bestimmte Anzahl von aufeinander folgenden Abtastwerten des OFDM-Datenstroms, die kleiner oder gleich der im Guard-Intervall enthaltenen Abtastwerte ist, mit einer identischen Anzahl von aufeinander folgenden Abtastwerten des OFDM-Datenstroms, die jeweils um die Anzahl von für Nutzdatenübertragung in einem OFDM-Symbol vorgesehenen Abtastwerten zeitlich versetzt sind, überlagert und hinsichtlich konstruktiver Überlagerung – bei Vorliegen von Abtastwerten des Guard-Intervalls – oder destruktiver Überlagerung – bei Vorliegen von Abtastwerten für Nutzdaten-Übertragung – überprüft.For this purpose, in a "cyclic guard-interval correlation" cyclically a certain number of successive samples of the OFDM data stream, which is smaller than or equal to the samples contained in the guard interval, with an identical number of consecutive samples of the OFDM data stream, each time offset by the number of samples provided for payload data transmission in an OFDM symbol, superimposed and checked for constructive overlay - in the presence of samples of the guard interval - or destructive overlay - in the presence of samples for payload data transmission.
Die zyklische Überlagerung erfolgt durch Gewichtung einer bestimmten Anzahl von jeweils aufeinander folgenden Abtastwerten des OFDM-Datenstroms mit einer identischen Anzahl von aufeinander folgenden Abtastwerten des OFDM-Datenstroms, die jeweils um die Anzahl von für eine Nutzdatenübertragung vorgesehenen Abtastwerten in einem OFDM-Symbol beabstandet sind, und anschließende Summation der gewichteten Abtastwerte.The cyclic overlay is performed by weighting a certain number of consecutive samples of the OFDM data stream with an identical number of consecutive samples of the OFDM data stream, each spaced by the number of samples provided for payload transfer in an OFDM symbol, and then summing the weighted samples.
Bei konstruktiver Überlagerung bildet sich ein Maximalwert – idealerweise ein dreiecksförmig sich zuspitzender Maximalwert – der ersten Metrik bei einem Abtastwert aus, der am Beginn des Guärd-Intervalls innerhalb eines OFDM-Symbols positioniert ist.When constructively superimposed, a maximum value-ideally a triangular peak value-of the first metric forms at a sample positioned at the beginning of the guard interval within an OFDM symbol.
Bei der Ermittlung der zweiten Metrik wird ausgenutzt, dass die einzelnen OFDM-Datenrahmen nach dem WiMAX-Standard sich direkt aneinander anschließen und jeweils ein identisches Datenrahmenintervall, bevorzugt von 5 Millisekunden, aufweisen, das aber kein Vielfaches einer OFDM-Symbollänge ist. Im OFDM-Datenstrom werden deshalb am Ende jedes OFDM-Datenrahmens anstelle von OFDM-Symbolen Null-Werte in den OFDM-Datenstrom eingefügt. When determining the second metric, use is made of the fact that the individual OFDM data frames according to the WiMAX standard directly adjoin each other and each have an identical data frame interval, preferably of 5 milliseconds, but which is not a multiple of an OFDM symbol length. In the OFDM data stream, therefore, null values are inserted in the OFDM data stream at the end of each OFDM data frame instead of OFDM symbols.
Für jeden einzelnen Abtastwert des OFDM-Datenstroms wird jeweils ein zweiter Metrikwert ermittelt, der sich aus der Summation von ersten Metrikwerten zu Abtastzeitpunkten ergibt, deren zeitliche Abstände den zeitlichen Abständen zwischen den ersten Abtastwerten der einzelnen OFDM-Symbole entsprechen. Die zu den einzelnen Abtastzeitpunkten somit jeweils ermittelten zweiten Metrikwerte ergeben eine zweite Metrik, die ebenfalls Maximalwerte im Abstand einer OFDM-Symbollänge aufweist, die aber im Unterschied zum Verlauf der ersten Metrik einen abfallenden Verlauf aufweisen.For each individual sample of the OFDM data stream, in each case a second metric value is determined which results from the summation of first metric values at sampling times whose time intervals correspond to the time intervals between the first samples of the individual OFDM symbols. The second metric values thus determined in each case at the individual sampling times result in a second metric which likewise has maximum values at intervals of an OFDM symbol length, but which, in contrast to the course of the first metric, have a descending course.
Der abfallende Verlauf der Maximalwerte in der zweiten Metrik ergibt sich aus der Tatsache, dass einerseits durch die zeitliche Versetzung der einzelnen ersten Metrikwerte bei der Addition der einzelnen ersten Metrikwerte zur Bildung des zweiten Metrikwerts eine zunehmend geringer werdende Anzahl von Maximalwerten, die zu übertragenen OFDM-Symbolen im aktuell betrachteten OFDM-Datenrahmen des OFDM-Datenstroms gehören, zu berücksichtigen sind und andererseits die zu den ersten Abtastwerten der OFDM-Symbole in den nachfolgenden OFDM-Datenrahmen gehörigen Maximalwerte der einzelnen ersten Metrikwerte aufgrund der Belegung der Enden der einzelnen OFDM-Datenrahmen mit Null-Werten nicht mehr im Zeitraster von Vielfachen einer OFDM-Symbollänge liegen und somit keinen oder einen geringeren Beitrag im aktuell betrachteten OFDM-Datenrahmen bei der Addition der einzelnen ersten Metrikwerte zur Bildung des zweiten Metrikwerts leisten.The decreasing profile of the maximum values in the second metric results from the fact that, on the one hand, due to the temporal offset of the individual first metric values during the addition of the individual first metric values to form the second metric value, an increasingly smaller number of maximum values, the OFDM Symbols in the currently considered OFDM data frame of the OFDM data stream include, and on the other hand, the maximum values of the individual first metric values associated with the first samples of the OFDM symbols in the subsequent OFDM data frames due to the occupancy of the ends of the individual OFDM data frames Zero values are no longer in the time frame of multiples of an OFDM symbol length and thus make no or a lesser contribution in the currently considered OFDM data frame in the addition of the individual first metric values to form the second metric value.
Auf diese Weise ergibt die Position des größten Maximalwerts im Verlauf der zweiten Metrik die Anfangsposition des aktuell betrachteten OFDM-Datenrahmens im OFDM-Datenstrom.In this way, the position of the largest maximum value in the course of the second metric gives the starting position of the currently considered OFDM data frame in the OFDM data stream.
Werden für die Bestimmung der Anfangsposition des aktuell betrachteten OFDM-Datenrahmens nicht nur zweite Metrikwerte, welche mittels Addition von zeitlich versetzten ersten Metrikwerten von im aktuell betrachteten OFDM-Datenrahmen übertragenen OFDM-Symbolen ermittelt werden, sondern auch zweite Metrikwerte berücksichtigt, welche mittels Addition von zeitlich versetzten ersten Metrikwerten von in nachfolgenden OFDM-Datenrahmen übertragenen OFDM-Symbolen ermittelt werden, so sind die zu den Startpositionen der einzelnen OFDM-Datenrahmen jeweils gehörigen größten Maximalwerte gegenüber den wertemäßig kleineren Maximalwerten deutlich unterschiedlich und können somit leichter identifiziert werden.Become for the determination of the initial position of the currently considered OFDM data frame not only second metric values, which are determined by addition of temporally offset first metric values of OFDM symbols transmitted in the currently considered OFDM data frame, but also takes into account second metric values, which by means of addition of temporal offset first metric values of OFDM symbols transmitted in subsequent OFDM data frames, the largest maximum values belonging to the start positions of the individual OFDM data frames are clearly different from the value-reduced maximum values and can therefore be identified more easily.
Ist dem Empfänger nicht bekannt, an welchen Positionen in den einzelnen OFDM-Datenrahmen OFDM-Symbole übertragen werden und an welchen Positionen in den einzelnen OFDM-Datenrahmen keine OFDM-Symbole übertragen werden, so müssen alle mögliche Hypothesen für die Belegung der einzelnen Positionen der einzelnen OFDM-Datenrahmen aufgestellt werden und die einzelnen Hypothesen im Hinblick auf die Selektion derjenigen Hypothese miteinander verglichen werden, die der tatsächlichen Belegung der einzelnen Positionen in den einzelnen OFDM-Datenrahmen entspricht.If the receiver does not know at which positions in the individual OFDM data frames OFDM symbols are transmitted and at which positions in the individual OFDM data frames no OFDM symbols are transmitted, then all possible hypotheses for the assignment of the individual positions of the individual ones must be given OFDM data frames are set up and the individual hypotheses are compared with regard to the selection of the hypothesis which corresponds to the actual occupancy of the individual positions in the individual OFDM data frames.
Hierzu wird für jede Hypothese eine zugehörige zweite Metrik aus zweiten Metrikwerten berechnet, die jeweils aus der Summe von zeitlich versetzten ersten Metrikwerten gebildet werden, wobei der Zeitversatz des jeweiligen zeitlich versetzten ersten Metrikwerts dem Zeitversatz zwischen dem jeweiligen gemäß der jeweiligen Hypothese im OFDM-Datenrahmen übertragenen OFDM-Symbol und dem im demselben OFDM-Datenrahmen an erster Position übertragenen OFDM-Symbol ermittelt wird.For this purpose, for each hypothesis, an associated second metric is calculated from second metric values which are each formed from the sum of time-offset first metric values, wherein the time offset of the respective temporally offset first metric value is the time offset between the respective transmitted in the OFDM data frame according to the respective hypothesis OFDM symbol and the first transmitted in the same OFDM data frame OFDM symbol is determined.
Für jede Hypothese wird die Summe aus den beiden Differenzen zwischen dem größten Maximalwert der ermittelten zweiten Metrik und jeweils den beiden um eine OFDM-Symbollänge rechts- und linksseitig versetzten Maximalwerten der ermittelten zweiten Metrik innerhalb der einzelnen OFDM-Datenrahmenintervalle ermittelt. Diejenige Hypothese, für die der größte Summenwert ermittelt wird, stellt die korrekte Hypothese dar, die die tatsächliche Belegung der einzelnen Positionen innerhalb des jeweiligen OFDM-Datenrahmens mit OFDM-Symbolen darstellt. Die Position des größten Maximalwerts innerhalb der zweiten Metrik der korrekten Hypothese ergibt die Startposition.For each hypothesis, the sum of the two differences between the largest maximum value of the determined second metric and in each case the two maximum values of the determined second metric offset by one OFDM symbol length on the right and left is determined within the individual OFDM data frame intervals. The hypothesis for which the largest sum value is determined represents the correct hypothesis representing the actual occupancy of the individual positions within the respective OFDM data frame with OFDM symbols. The position of the largest maximum value within the second metric of the correct hypothesis gives the starting position.
des jeweiligen OFDM-Datenrahmens innerhalb des OFDM-Datenstroms.of the respective OFDM data frame within the OFDM data stream.
Für die Korrektheit dieses auf Hypothesen basierenden Verfahrens sind folgende Voraussetzungen erforderlich:
- • ein OFDM-Unter-Datenrahmen ist entweder vollständig mit OFDM-Symbolen belegt oder enthält überhaupt keine OFDM-Symbole,
- • jeder erste OFDM-Unter-Datenrahmen am Beginn des für die Datenübertragung von einer Basisstation zu einem Mobilfunkgerät vorgesehenen Datenübertragungsbereichs oder des für die Datenübertragung vom Mobilfunkgerät zur Basisstation vorgesehenen Datenübertragungsbereichs eines OFDM-Datenrahmens ist mit OFDM-Symbolen belegt,
- • jeweils nur zusammenhängende OFDM-Unter-Datenrahmen innerhalb des für die Datenübertragung von einer Basisstation zu einem Mobilfunkgerät vorgesehenen Datenübertragungsbereichs oder innerhalb des für die Datenübertragung vom Mobilfunkgerät zur Basisstation vorgesehenen Datenübertragungsbereichs eines OFDM-Datenrahmens sind mit OFDM-Symbolen belegt.
- An OFDM sub-data frame is either completely occupied with OFDM symbols or contains no OFDM symbols at all,
- Each first OFDM sub-data frame at the beginning of the data transmission area provided for the data transmission from a base station to a mobile station or the data transmission area of an OFDM data frame provided for the data transmission from the mobile radio to the base station is occupied with OFDM symbols,
- • in each case only contiguous OFDM sub-data frames within the data transmission area provided for the data transmission from a base station to a mobile radio device or within the data transmission area of the OFDM data frame provided for the data transmission from the mobile radio to the base station are occupied with OFDM symbols.
Bevor oder nach Untersuchung der einzelnen Hypothesen wird in einem Vorschritt ermittelt, ob innerhalb eines Datenrahmenintervalls überhaupt OFDM-Symbole übertragen werden. Hierzu wird geprüft, ob eine hierzu berechnete erste Metrik innerhalb des Datenrahmenintervalls mindestens eine der Anzahl von OFDM-Symbolen je Unter-Datenrahmen entsprechende Anzahl von Maximalwerten aufweist, die über einem vorgewählten Schwellwert liegen und jeweils um ein OFDM-Symbol-Intervall zueinander beabstandet sind. Falls keine OFDM-Symbole im untersuchten Datenrahmenintervall identifiziert werden, wird auf das nachfolgende Datenrahmenintervall übergegangen.Before or after examination of the individual hypotheses, it is determined in a preliminary step whether OFDM symbols are ever transmitted within a data frame interval. For this purpose, it is checked whether a first metric calculated for this purpose within the data frame interval has at least one number of maximum values corresponding to the number of OFDM symbols per sub-data frame, which are above a preselected threshold value and are each spaced apart by one OFDM symbol interval. If no OFDM symbols are identified in the examined data frame interval, the subsequent data frame interval is entered.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung des Beginns eines Datenrahmens in einem OFDM-Datenstrom werden im Folgenden anhand der Zeichnung im Detail erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:The method according to the invention and the device according to the invention for determining the beginning of a data frame in an OFDM data stream are explained in detail below with reference to the drawing. The figures of the drawing show:
Im Folgenden werden die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen mathematischen Grundlagen hergeleitet:
Im ersten Schritt werden erste Metrikwerte xCPC(n) einer ersten Metrik mittels „zyklischer Guard-Intervalls-Korrelation” nach einem bisher verwendeten Verfahren ermittelt. Hierzu wird für jeden Abtastzeitpunkt n gemäß Gleichung (1) eine Folge von empfangenen Abtastwerten riARx(n + i) des OFDM-Datenstroms mit einer Folge von empfangenen Abtastwerten riARx(n + i – NFFT), die jeweils um die Anzahl NFFT von für Nutzdatenübertragung in einem OFDM-Symbol vorgesehenen Abtastwerten versetzt übertragen werden, gewichtet und anschließend miteinander addiert. Die Anzahl NCorr von Abtastwerten riARx(n + i) des OFDM-Datenstroms, die mit der identischen Anzahl NCorr von zeitlich versetzten Abtastwerten riARx(n + i – NFFT) des OFDM-Datenstroms gewichtet werden, ist kleiner oder gleich der Anzahl NCP von Abtastwerten in einem Guard-Intervall. Da es sich bei dem OFDM-Übertragungssystem um ein Mehrantennen-Übertragungssystem (Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO)) handelt, gehen in die Berechnung der ersten Metrikwerte XCPC(n), wie aus Gleichung (1) hervorgeht, bei einer Anzahl NR von Empfangsantennen insgesamt NR Folgen von Abtastwerten riARx(n + i) des OFDM-Datenstroms, die mit insgesamt NR Folgen von zeitlich versetzten Abtastwerten riARx(n + i) des OFDM-Datenstroms gewichtet werden, ein.The mathematical foundations required for understanding the invention are derived below:
In the first step, first metric values x CPC (n) of a first metric are determined by means of "cyclic guard-interval correlation" according to a previously used method. For this purpose, for each sampling instant n according to equation (1), a sequence of received samples r iARx (n + i) of the OFDM data stream with a sequence of received samples r iARx (n + i -N FFT ), each by the number N FFT of samples provided for payload data transmission in an OFDM symbol, weighted and then added together. The number N Corr of samples r iARx (n + i) of the OFDM data stream weighted with the identical number N Corr of staggered samples r iARx (n + i -N FFT ) of the OFDM data stream is less than or equal to the number N CP of samples in a guard interval. Since the OFDM transmission system is a multiple-input-multiple-output (MIMO) transmission system, the computation of the first metric values X CPC (n), as shown in Equation (1), takes place at one Number N R of receive antennas total N R sequences of samples r iARx (n + i) of the OFDM data stream which are weighted with a total of N R sequences of staggered samples r iARx (n + i) of the OFDM data stream.
Bei einer Anzahl NEmpfangAbtastwerte von empfangenen Abtastwerten des OFDM-Datenstroms wird für jeden Abtastzeitpunkt n = 1, ..., NEmpfangAbtastwerte – NFFT – NCorr + 1 ein erster Metrikwert xCPC(n) berechnet.N FFT - - In a number N EmpfangAbtastwerte of received samples of the OFDM data stream n = 1, ..., N, for each sampling EmpfangAbtastwerte Corr N + 1, a first metric value x calculated CPC (s).
Um das erfindungsgemäße Verfahren auf einer Rechnereinheit mit begrenzter Rechengenauigkeit, beispielsweise einem Signalprozessor, zu implementieren, ist aufgrund sehr unterschiedlicher Signalpegel der empfangenen Abtastwerte riARx(n + i) des OFDM-Datenstroms eine Normierung durchzuführen. Hierzu wird ein normierter erster Metrikwert xCPCNorm(n) gemäß Gleichung (2) bestimmt, der aus einem nicht normierten ersten Metrikwert xCPC(n) durch Betragsbildung und anschließende Division durch die quadrierte Leistung P(n)2 im betrachteten Intervall hervorgeht.In order to implement the method according to the invention on a computer unit with limited computing accuracy, for example a signal processor, a normalization is to be carried out on the basis of very different signal levels of the received samples r iARx (n + i) of the OFDM data stream. For this purpose, a normalized first metric value x CPCNorm (n) is determined according to equation (2), which results from an unnormalized first metric value x CPC (n) by magnitude formation and subsequent division by the squared power P (n) 2 in the considered interval.
Bei einer Anzahl NEmpfangAbtastwerte von empfangenen Abtastwerten des OFDM-Datenstroms wird für jeden Abtastzeitpunkt n = 1, ..., NEmpfangAbtastwerte – NFFT – NCorr + 1 ein normierter erster Metrikwert xCPCNorm(n) berechnet.N FFT - - In a number N EmpfangAbtastwerte of received samples of the OFDM data stream n = 1, ..., N EmpfangAbtastwerte, for each sampling time N + 1 Corr a normalized first metric value computed x CPCNorm (s).
Für die Berechnung eines zweiten Metrikwerts xFSM(n) der zweiten Metrik zum Abtastzeitpunkt n wird für jedes in einem OFDM-Datenrahmen jeweils übertragene OFDM-Symbol jeweils ein zeitlich versetzter normierter erster Metrikwert xCPCNorm(n + v(m)) ermittelt, wobei sich der Zeitversatz v(m) des m-ten in der Folge von OFDM-Symbolen innerhalb des OFDM-Datenrahmens übertragenen OFDM-Symbols aus dem Abstand des ersten Abtastwertes des m-ten übertragenen OFDM-Symbols zum ersten Abtastwert des ersten übertragenen OFDM-Symbols ergibt. Für den Zeitversatz v(1) des ersten in einem OFDM-Datenrahmen übertragenen OFDM-Symbols kann prinzipiell jeder beliebige Wert verwendet werden, da in der Folge von empfangenen OFDM-Symbolen der Beginn eines Datenrahmens erst identifiziert werden muss, während einzig eine Belegungsfolge von mehreren aufeinander folgenden OFDM-Symbolen in der Folge von empfangenen Abtastwerten identifizierbar ist. Bevorzugt wird als Wert für den Zeitversatz v(1) des ersten in einem OFDM-Datenrahmen übertragenen OFDM-Symbols Null verwendet. Bei einer Anzahl NBelegteSymbole von in einem OFDM-Datenrahmen übertragenen OFDM-Symbolen ergibt sich der zweite Metrikwert xFSM(n) der zweiten Metrik zum Abtastzeitpunkt n bei Kenntnis der relativen Positionen der ersten Abtastwerte der einzelnen im OFDM-Datenrahmen übertragenen OFDM-Symbole aus der Addition der insgesamt NBelegteSymbole zu jeweils einem übertragenen OFDM-Symbol gehörigen und zeitversetzten ersten Metrikwerte XCPCNorm(n + v(m)) gemäß Gleichung (3).For the calculation of a second metric value x FSM (n) of the second metric at the sampling time n, in each case a time-offset normalized first metric value x CPCNorm (n + v (m)) is determined for each OFDM symbol transmitted in an OFDM data frame, where the time offset v (m) of the mth OFDM symbol transmitted in the sequence of OFDM symbols within the OFDM data frame is derived from the distance of the first sample of the mth transmitted OFDM symbol to the first sample of the first transmitted OFDM symbol results. In principle, any value can be used for the time offset v (1) of the first OFDM symbol transmitted in an OFDM data frame, since in the sequence of received OFDM symbols the beginning of a data frame must first be identified, while only one assignment sequence of several successive OFDM symbols in the sequence of received samples. Preferably zero is used as the value for the time offset v (1) of the first OFDM symbol transmitted in an OFDM data frame. Given a N number of symbols of OFDM symbols transmitted in an OFDM data frame, the second metric value x FSM (n) of the second metric at sampling time n results from knowing the relative positions of the first samples of the individual OFDM symbols transmitted in the OFDM data frame the addition of the total of N Nested symbols to a respective transmitted OFDM symbol and time-shifted first metric values X CPC Norm (n + v (m)) according to equation (3).
Bei einer Anzahl NEmpfangAbtastwerte von empfangenen Abtastwerten des OFDM-Datenstroms und einer Anzahl NAbtastwerte/Datenrahmen von Abtastwerten pro OFDM-Datenrahmen wird für jeden Abtastzeitpunkt n = 1, ..., NempfangAbtastwerte – NAbtastwerte/Datenrahmen ein zweiter Metrikwert xFSM(n) der zweiten Metrik berechnet.In a number N EmpfangAbtastwerte of received samples of the OFDM data stream and a plurality of N samples / data frame of samples per OFDM data frame is used for each sampling time n = 1, ..., N empfangAbtastwerte - N samples / data frames, a second metric value x FSM ( n) of the second metric.
Durch die zeitliche Versetzung der einzelnen normierten ersten Metrikwerte XCPCNorm(n + v(m)), die mit zunehmender Position m des im OFDM-Datenrahmen übertragenen OFDM-Symbols jeweils eine um den Faktor Eins geringere Anzahl von Maximas im Abstand einer OFDM-Symbollänge NS ab der Startposition des OFDM-Datenrahmens aufweisen, um jeweils eine OFDM-Symbollänge NS und anschließende Addition ergibt sich im Verlauf der aus zweiten Metrikwerten xFSM(n) zusammengesetzten zweiten Metrik eine Folge von Maxima mit abnehmenden Maximalwerten in jedem OFDM-Datenrahmen. Der größte Maximalwert dieser Folge von Maxima ist an der Startposition des jeweiligen OFDM-Datenrahmens positioniert.By the temporal displacement of the individual normalized first metric values X CPCNorm (n + v (m)), the one with the increasing position m of the OFDM symbol transmitted in the OFDM data frame one by one Factor one less number of Maximas in the distance of an OFDM symbol length N S from the start position of the OFDM data frame to each OFDM symbol length N S and subsequent addition results in the course of the second metric values x FSM (n) composite second metric a sequence of maxima with decreasing maximum values in each OFDM data frame. The largest maximum value of this sequence of maxima is positioned at the start position of the respective OFDM data frame.
Um die Maxima mit geringeren Maximalwerten gegenüber dem Maximum mit dem größten Maximalwert noch besser zu dämpfen, wird die aus zweiten Metrikwerten xFSM(n) zusammengesetzte zweite Metrik noch optimiert. Hierzu werden zeitlich versetzte erste Metrikwerte, die zu OFDM-Symbolen in nachfolgenden OFDM-Datenrahmen gehören, bei der Berechnung einer aus optimierten zweiten Metrikwerten xFSMOpt(n) zusammengesetzten optimierten zweiten Metrik mit berücksichtigt. Da die OFDM-Symbole in nachfolgenden OFDM-Datenrahmen nicht im Zeitraster von Vielfachen einer OFDM-Symbollänge der OFDM-Symbole des ersten OFDM-Datenrahmen auftreten, tragen die zu den in nachfolgenden OFDM-Datenrahmen übertragenen OFDM-Symbole gehörigen ersten Metrikwerte xCPCNorm(n + v(m)) bei einer Summation über alle zeitlich versetzten ersten Metrikwerte keinen konstruktiven Beitrag zu den zweiten Metrikwerten xFSM(n) der zweiten Metrik bei. Vielmehr sind diejenigen zeitlich versetzten ersten Metrikwerte xCPCNorm(n + v(m)), die zu jeweils einem der nachfolgenden OFDM-Datenrahmen gehören, zu einer zum jeweiligen OFDM-Datenrahmen gehörigen und aus zweiten Metrikwerten XFSM(n + i·NAbtastwerte/Datenrahmen) zusammengesetzten zweiten Metrik zu addieren und anschließend die aus optimierten zweiten Metrikwerten xFSMOpt(n) zusammengesetzte optimierte zweite Metrik aus der Addition der für alle insgesamt NDatenrahmen in einem OFDM-Datenstrom übertragenen OFDM-Datenrahmen jeweils ermittelten zweiten Metrikwerten XFSM(n + i·NAbtastwerte/Datenrahmen) gemäß Gleichung (4) zu berechnen.To even better dampen the maxima with smaller maximum values than the maximum with the largest maximum value, the second metric composed of second metric values x FSM (n) is still optimized. For this purpose, temporally offset first metric values which belong to OFDM symbols in subsequent OFDM data frames are taken into account in the calculation of an optimized second metric composed of optimized second metric values x FSMOpt (n). Since the OFDM symbols in subsequent OFDM data frames do not occur in the time frame of multiples of an OFDM symbol length of the OFDM symbols of the first OFDM data frame, the first metric values associated with the OFDM symbols transmitted in subsequent OFDM data frames carry x CPCNorm (n + v (m)) does not add a constructive contribution to the second metric values x FSM (n) of the second metric in the case of a summation over all temporally offset first metric values. Rather, those time-offset first metric values x CPCNorm (n + v (m)), which belong to one of the following OFDM data frames, belong to one of the respective OFDM data frames and second metric values X FSM (n + i * N samples / data frame) to add the composite second metric and then those from the optimized second metric values x FSMOpt (s) composite optimized second metric from the addition of a total of N for all data frames transmitted in an OFDM data stream OFDM data frames each determined second metric values x FSM (n + i · N samples / data frame ) according to equation (4).
Die Startposition nDatenrahmen des ersten zu identifizierenden OFDM-Datenrahmens ergibt sich gemäß Gleichung (5) als der Abtastzeitpunkt des Maximalwerts der optimierten zweiten Metrikwerte xFSMOpt(n). The starting position n data frame of the first OFDM data frame to be identified is given as equation (5) as the sampling instant of the maximum value of the optimized second metric values x FSMOpt (n).
Für den Fall, dass die Belegung des OFDM-Datenrahmens mit OFDM-Symbolen vorab nicht bekannt ist, müssen vorab alle Hypothesen für die Belegung des OFDM-Datenrahmens aufgestellt werden. Für jede einzelne Hypothese j ist gemäß Gleichung (6) eine zugehörige aus zweiten Metrikwerten xj,FSM(n) zusammengesetzte zweite Metrik bzw. gemäß Gleichung (7) eine aus optimierten zweiten Metrikwerten xj,FSMOpt(n) zusammengesetzte optimierte zweite Metrik mit den zur jeweiligen Hypothese j gehörigen Zeitversätzen vj(2), vj(3), ..., vj(m),... vj(NBelegteSymbole) des 2-ten bis NBelegteSymbole-ten in einem OFDM-Datenrahmen übertragenen OFDM-Symbolen relativ zur Position des ersten in einem OFDM-Datenrahmen übertragenen OFDM-Symbols zu ermitteln.In the event that the assignment of the OFDM data frame with OFDM symbols is not known in advance, all hypotheses for the assignment of the OFDM data frame must be established in advance. According to equation (6), an associated second metric composed of second metric values x.sub.j , FSM (n) or according to equation (7) is an optimized second metric composed of optimized second metric values x.sub.j, FSMOpt (n) for each individual hypothesis j the time offsets v j (2), v j (3), ..., v j (m), ... v j (N occupied symbols ) of the 2 nd to N occupied symbols- th in an OFDM Data frame transmitted OFDM symbols relative to the position of the first transmitted in an OFDM data frame OFDM symbol.
Da jede zu einer Hypothese j jeweils gehörige aus optimierten zweiten Metrikwerten xj,FSMOpt(n) zusammengesetzte zweite Metrik einen Maximalwert aufweist, kann für jede Hypothese j eine zugehörige Startposition nj,Datenrahmen für einen OFDM-Datenrahmen gemäß Gleichung (8) als der Abtastzeitpunkt des Maximalwerts der für die jeweilige Hypothese j ermittelten optimierten zweiten Metrikwerte xj,FSMOpt(n) bestimmt werden.Since each second metric composed of optimized second metric values x j, FSMOpt (n) has a maximum value for each hypothesis j, an associated start position n j, data frame for an OFDM data frame according to equation (8) can be used for each hypothesis j Sampling time of the maximum value of the optimized second metric values x j, FSMOpt (n) determined for the respective hypothesis j.
Diejenige Hypothese j für die Belegung eines OFDM-Datenrahmens mit OFDM-Symbolen entspricht der tatsächlichen Belegung des OFDM-Datenrahmens mit OFDM-Symbolen, deren optimierter zweiter Metrikwert xj,FSMOpt(n) einen größten Maximalwert xj,FSMOpt(nj,Datenrahmen) aufweist, der im Vergleich zu den benachbarten Maximalwerten sich am deutlichsten abhebt. Somit wird für die Ermittlung der korrekten Hypothese jkorrekt für jede Hypothese j jeweils die Differenz zwischen dem jeweiligen größten Maximalwert xj,FSMOpt(nj,Datenrahmen) und dem jeweiligen um eine OFDM-Symbollänge von NS Antastwerten linksseitig versetzten Maximalwert xj,FSMOpt(nj,Datenrahmen – NS) zur Differenz zwischen dem jeweiligen größten Maximalwert xj,FSMOpt(nj,Datenrahmen) und dem jeweiligen um eine OFDM-Symbollänge von NS Abtastwerten rechtsseitig versetzten Maximalwert xj,FSMOpt(nj,Datenrahmen + NS) summiert und die korrekte Hypothese jkorrekt gemäß Gleichung (9) als die zur größten Summe gehörige Hypothese j identifiziert.The hypothesis j for the assignment of an OFDM data frame with OFDM symbols corresponds to the actual assignment of the OFDM data frame with OFDM symbols whose optimized second Metric value x j, FSMOpt (n) has a largest maximum value x j, FSMOpt (n j, data frame ), which stands out most in comparison to the adjacent maximum values. Thus, j is correct for the determination of the correct hypothesis for each hypothesis j, respectively, the difference between the respective largest maximum value x j, FSMOpt (n j, data frame) and the respective to an OFDM symbol length N S Antastwerten left side offset maximum value x j, FSMOpt (n j, data frame - N s ) to the difference between the respective maximum maximum value x j, FSMOpt (n j, data frame ) and the respective maximum value x j, FSMOpt (n j, offset to the right by an OFDM symbol length of N S samples Data frame + N S ) and the correct hypothesis j correctly identified according to equation (9) as the largest sum hypothesis j.
Die Startposition nDatenrahmen des jeweiligen OFDM-Datenrahmens ergibt sich gemäß Gleichung (10) als der Abtastzeitpunkt des Maximalwerts der zur korrekten Hypothese jkorrekt gehörigen optimierten zweiten Metrikwerte The starting position n data frame of the respective OFDM data frame results according to equation (10) as the sampling instant of the maximum value of the optimized second metric values correctly belonging to the correct hypothesis j
Im ungestörten Betrieb des OFDM-Übertragungssystems sowie bei Zeitinvarianz des OFDM-Übertragungskanals ist nur einmalig die Startposition nDatenrahmen eines einzigen OFDM-Datenrahmens gemäß Gleichung (10) zu ermitteln. Die Startpositionen nDatenrahmen(i) der nachfolgenden insgesamt nDatenrahmen in einem OFDM-Datenstrom übertragenen OFDM-Datenrahmen i ergeben sich aufgrund der festen OFDM-Datenrahmen-Länge, bevorzugt von 5 Millisekunden, und der sich direkt ohne Lücke aneinander schließenden OFDM-Datenrahmen gemäß Gleichung (11). Natürlich sind von der Erfindung auch andere Datenrahmen-Längen außer 5 Millisekunden, die in zukünftigen Standards eingeführt werden, abgedeckt.
Hat der Übertragungskanal keine oder nur geringe Verunreinigungen, so ist ein Hypothesen-Test nicht erforderlich. In diesem Fall ist es ausreichend, die Startpositionen der einzelnen OFDM-Symbole im Vektor v(m) zu sammeln und die Ermittlung der aus zweiten Metrikwerten xFSM(n) zusammengesetzten zweiten Metrik, wie obig ausgeführt ist, durchzuführen.If the transmission channel has little or no contamination, a hypothesis test is not required. In this case, it is sufficient to collect the start positions of the individual OFDM symbols in the vector v (m) and to perform the determination of the second metric composed of second metric values x FSM (n) as stated above.
Ist die OFDM-Übertragung dagegen öfters gestört, beispielsweise unterbrochen, oder liegt ein zeitvarianter OFDM-Übertragungskanal vor, so sind die für die Berechnung der Startpositionen nDatenrahmen(i) der nachfolgenden OFDM-Datenrahmen i erforderlichen Voraussetzungen einer fixen Datenrahmenlänge, bevorzugt von 5 Millisekunden, und eines lückenlosen Übertragens aufeinander folgender OFDM-Datenrahmen möglicherweise nicht gegeben. In diesem Fall kann für jeden nachfolgenden OFDM-Datenrahmen innerhalb des OFDM-Datenstroms eine individuelle Identifikation der zugehörigen Startposition nDatenrahmen(i) in Anlehnung an Gleichung (10) von Vorteil sein.On the other hand, if the OFDM transmission is frequently disturbed, for example interrupted, or if a time-variant OFDM transmission channel is present, then the prerequisites for calculating the start positions n data frames (i) of the following OFDM data frames i are a fixed data frame length, preferably 5 milliseconds , and a seamless transmission of consecutive OFDM data frames may not be given. In this case, for each successive OFDM data frame within the OFDM data stream, an individual identification of the associated start position n data frame (i) on the basis of equation (10) may be advantageous.
Ist dem Empfänger die Belegung des jeweiligen OFDM-Datenrahmens mit OFDM-Symbolen nicht bekannt, so sind auch in diesem Fall alle möglichen Hypothesen ji für die Belegung des jeweiligen OFDM-Datenrahmens i mit OFDM-Symbolen zu untersuchen und die korrekte Hypothese Jkorrekt,i für die Belegung des jeweiligen OFDM-Datenrahmens i mit OFDM-Symbolen in Anlehnung an Gleichung (9) zu identifizieren. Typischerweise ist die Belegung aller OFDM-Datenrahmen mit OFDM-Symbolen identisch, so dass für die nachfolgenden OFDM-Datenrahmen die beim ersten OFDM-Datenrahmen mittels Hypothesenvergleich ermittelte Belegungsstruktur des OFDM-Datenrahmens mit OFDM-Symbolen übernommen werden kann und sich somit die Ermittlung der Startpositionen nDatenrahmen(i) für die nachfolgenden OFDM-Datenrahmen i deutlich vereinfacht. Aber auch der Fall einer unterschiedlichen Belegung des jeweiligen nachfolgenden OFDM-Datenrahmens i mit OFDM-Symbolen ist von der Erfindung mit abgedeckt. In diesem Fall ist für jeden nachfolgenden OFDM-Datenrahmen i ein Hypothesenvergleich durchzuführen.If the receiver does not know the availability of each OFDM data frame with OFDM symbols, all possible hypotheses j i for the assignment of each OFDM data frame i must be examined using OFDM symbols also in this case and the correct hypothesis J correctly, i for the assignment of the respective OFDM data frame i with OFDM symbols on the basis of equation (9) to identify. Typically, the assignment of all OFDM data frames is identical to OFDM symbols, so that for the subsequent OFDM data frames, the assignment structure of the OFDM data frame determined by hypothesis comparison in the first OFDM data frame can be adopted with OFDM symbols and thus the determination of the start positions n data frame (i) for the following OFDM data frame i significantly simplified. But even the case of a different assignment of the respective subsequent OFDM data frame i with OFDM symbols is covered by the invention. In this case, a hypothesis comparison is to be carried out for each successive OFDM data frame i.
Ist die Startposition nDatenrahmen für jeden OFDM-Datenrahmen ermittelt, so kann gemäß Gleichung (12A) die Startposition nSymbol(i, l) des l-ten OFDM-Symbol im i-ten OFDM-Datenrahmen für den Betriebsfall eines Frequenzduplex (Frequency-Division-Duplex (FDD)), in dem im jeweiligen Datenrahmen entweder ein für die Übertragung vom Mobilfunkgerät zur Basisstation bestimmter Datenbereich (Uplink-Datenbereich) oder ein für die Übertragung von der Basisstation zum Mobilfunkgerät bestimmter Datenbereich (Downlink-Datenbereich) vorgesehen ist, ermittelt werden. If the start position n data frame is determined for each OFDM data frame, the starting position n symbol (i, l) of the lth OFDM symbol in the ith OFDM data frame can be used for the operating case of a frequency duplex (frequency duplex) according to equation (12A). Division Duplex (FDD)), in which in the respective data frame either a specific for the transmission of the mobile device to the base station data area (uplink data area) or intended for the transmission of the base station to the mobile data area (downlink data area) is determined determined become.
Für den Betriebsfall eines Zeitduplex (Time-Division-Duplex (TDD)), im dem im jeweiligen Datenrahmen am Datenrahmenbeginn ein für die Übertragung von der Basisstation zum Mobilfunkgerät bestimmter Datenbereich und gefolgt von einer Lücke ein für die Übertragung vom Mobilfunkgerät zur Basisstation bestimmter Datenbereich vorgesehen ist, ergibt sich die Startposition nSymbol(i, l) des l-ten OFDM-Symbols im für die Übertragung vom Mobilfunkgerät zur Basisstation bestimmten Datenbereich des i-ten OFDM-Datenrahmens ebenfalls gemäß Gleichung (12A) und die Startposition nSymbol(i, l) des l-ten OFDM-Symbol im für die Übertragung vom Mobilfunkgerät zur Basisstation bestimmter Datenbereich des i-ten OFDM-Datenrahmens gemäß Gleichung (12B).
Die Startpositionen nSymbol(i, l) bzw. nSymbol(i, l) der einzelnen OFDM-Symbole in einem OFDM-Datenrahmen gemäß Gleichung (12A) bzw. (12B) können für die Ermittlung eines groben Schätzwertes Δf ^ für den Restträgerfrequenz-Offset Δf herangezogen werden. Hierzu wird angenommen, dass der Abtastzeitwert r(n) des empfangenen OFDM-Signals zum Abtastzeitpunkt n gemäß Gleichung (13) um den Restträgerfrequenz-Offset Δf gegenüber dem Abtastzeitwert s(n) des zugehörigen gesendeten OFDM-Signals zum Abtastzeitpunkt n verfälscht ist.
Ausgehend von Gleichung (1) ergibt sich der nicht normierte erste Metrikwert xCPC(n) der nicht normierten ersten Metrik zum Abtastzeitpunkt n für ein um den Restträgerfrequenz-Offset Δf gegenüber dem gesendeten OFDM-Signal verfälschtes empfangenes OFDM-Signal gemäß Gleichung (14).Starting from equation (1), the non-normalized first metric value x CPC (n) of the non-normalized first metric results at the sampling instant n for a received OFDM signal falsified by the residual carrier frequency offset Δf compared to the transmitted OFDM signal according to equation (14). ,
Da der Abtastwert s(nSymbol + i) des gesendeten OFDM-Signals innerhalb eines Guard-Intervalls dem um die Anzahl NFFT von für Nutzdatenübertragung vorgesehenen Abtastwerten zeitlich versetzten Abtastwert s(nSymbol + i – NFFT) des gesendeten OFDM-Signals entspricht, ergibt sich die aus nicht normierten ersten Metrikwerten zusammengesetzte nicht normierte erste Metrik beim Startzeitpunkt nSymbol eines OFDM-Symbols gemäß Gleichung (15).Since the sample value s (n symbol + i) of the transmitted OFDM signal within a guard interval corresponds to the sampling value s (n symbol + i -N FFT ) of the transmitted OFDM signal offset in time by the number N FFT of useful data transmission samples , the non-normalized first metric composed of non-normalized first metric values results at the start time n symbol of an OFDM symbol according to equation (15).
Der grobe Schätzwert Δf für den Restträgerfrequenz-Offset Δf ergibt sich folglich ausgehend von Gleichung (15) gemäß Gleichung (16) The rough estimated value .DELTA.f for the residual carrier frequency offset .DELTA.f thus results from equation (15) according to equation (16).
Der grobe Schätzwert Δf ^ für den Restträgerfrequenz-Offset Δf ist eine normierte Größe, die gemäß Gleichung (17) durch Normierung der zugehörigen nicht normierten Größe Δf ^[Hz] mit der Abtastfrequenz fS berechnet wird.The rough estimate ^ .DELTA.f for the rest carrier frequency offset .DELTA.f is a normalized size, according to equation (17) is calculated by normalizing the corresponding non-normalized size .DELTA.f ^ [Hz] at the sampling frequency f S.
Der nicht normierte grobe Schätzwert Δf ^[Hz] für den Restträgerfrequenz-Offset Δf kann gemäß Gleichung (18) als Vielfaches Δf ^' der Bandbreiteeines Frequenzträgers beschrieben werden.The non-normalized coarse estimate Δf ^ [Hz] for the residual carrier frequency offset Δf can be calculated as a multiple Δf ^ 'of the bandwidth according to equation (18) a frequency carrier will be described.
Somit ergibt sich zwischen dem normierten groben Schätzwert Δf ^ für den Restträgerfrequenz-Offset Δf und dem Vielfachen Δf ^' des normierten groben Schätzwerts Δf ^ für den Restträerfreuenz-Offset Δf von der Bandbreite eines Frequenzträgers ausgehend von Gleichung (17) und (18) ein mathematischer Zusammenhang gemäß Gleichung (19).Thus, there results between the normalized coarse estimate Δf ^ for the residual carrier frequency offset Δf and the multiple Δf ^ 'of the normalized coarse estimate Δf ^ for the residual carrier frequency offset Δf from the bandwidth a frequency carrier based on equation (17) and (18) a mathematical relationship according to equation (19).
Der normierte grobe Schätzwert Δf ^ für den Restträgerfrequenz-Offset Δf als Vielfaches Δf ^' derThe normalized coarse estimate .DELTA.f ^ for the residual carrier frequency offset .DELTA.f as a multiple .DELTA.f ^ 'of
Bandbreiteeines Frequenzträgers ergibt sich folglich gemäß Gleichung (20).bandwidth of a frequency carrier thus results according to equation (20).
Da Gleichung (20) äquivalent für die zur Startposition aller in einem OFDM-Datenstrom übertragenen OFDM-Symbole jeweils gehörigen aus nicht normierten ersten Metrikwerten xCPC(nSymbol + v(m)) zusammengesetzten normierten ersten Metrik gilt, kann eine Verbesserung des normierten groben Schätzwerts Δf ^ für den Restträgerfrequenz-Offset Δf als Vielfaches Δf ^' der Bandbreiteeines Frequenzträgers gemäß Gleichung (21) erzielt werden, indem über die nicht normierten ersten Metrikwerte xCPC(nSymbol + v(m)) aller insgesamt NSymbole/Datenstrom im OFDM-Datenstrom übertragenen OFDM-Symbole gemittelt wird. Hierbei wird der Zeitversatz vi(m) des m-ten im i-ten OFDM-Datenrahmen übertragenen OFDM-Symbols in Relation zum ersten übertragenen OFDM-Symbol benutzt.Since equation (20) is equivalent to the normalized first metric composed of non-normalized first metric values xCPC (n symbol + v (m)) relative to the start position of all OFDM symbols transmitted in an OFDM data stream, an improvement of the normalized coarse estimate Δf ^ for the residual carrier frequency offset Δf as a multiple Δf ^ 'of the bandwidth of a frequency carrier according to equation (21), in which, via the non-normalized first metric values x CPC (n symbol + v (m)) of all N symbols / data stream in the OFDM data stream, OFDM transmitted Averaging symbols. In this case, the time offset v i (m) of the mth OFDM symbol transmitted in the ith OFDM data frame is used in relation to the first transmitted OFDM symbol.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Beginns eines Datenrahmens in einem OFDM-Datenstrom anhand des Flussdiagramms in
Auf diese Weise ergibt sich gemäß
Im nächsten Verfahrensschritt S20 wird für den Fall, dass dem Empfänger die Belegung der einzelnen OFDM-Datenrahmen mit OFDM-Symbolen nicht bekannt ist, in einem Vorschritt ermittelt, ob im aktuell zu betrachtenden Datenrahmenintervall überhaupt OFDM-Symbole übertragen werden oder ein OFDM-Datenrahmen ohne OFDM-Symbole – d. h. ein nicht-aktivierter OFDM-Datenrahmen – vorliegt. Hierzu wird die aus normierten ersten Metrikwerten xCPCNorm(n) zusammengesetzte normierte erste Metrik herangezogen und anhand eines geeignet gewählten Schwellwerts die Anzahl von Maximalwerten der normierten ersten Metrikwerte xCPCNorm(n) ermittelt, die größer als der Schwellwert ist. Ist die Anzahl der identifizierten Maximalwerte der aus normierten ersten Metrikwerten xCPCNorm(n) zusammengesetzten normierten ersten Metrik , die größer als der Schwellwert sind, größer als eine fest gesetzte Anzahl NMin, so liegt ein mit OFDM-Symbolen belegter OFDM-Datenrahmen – d. h. ein aktivierter OFDM-Datenrahmen – vor und mit der Bestimmung der Startposition dieses OFDM-Datenrahmens kann fortgesetzt werden. Andernfalls ist der OFDM-Datenstrom im nächst folgenden Datenrahmenintervall auf vorhandene OFDM-Symbole zu untersuchen. Als typischer Wert für die Vergleichsanzahl NMin kann nach dem WiMAX-Standard die minimale Anzahl von OFDM-Symbolen in einem einzigen OFDM-Unter-Datenrahmen, nämlich fünf, gewählt werden.In the next method step S20, if the assignment of the individual OFDM data frames with OFDM symbols is unknown to the receiver, it is determined in a preliminary step whether OFDM symbols are transmitted at all in the data frame interval currently to be considered or an OFDM data frame without OFDM symbols - ie a non-activated OFDM data frame - is present. For this purpose, the normalized first metric composed of normalized first metric values x CPCNorm (n) is used and, based on a suitably selected threshold value, the number of maximum values of the normalized first metric values x CPCNorm (n) which is greater than the threshold value is determined. If the number of identified maximum values of the normalized first metric composed of normalized first metric values x CPC Norm (n) which are greater than the threshold value is greater than a fixed number N min , then an OFDM data frame occupied by OFDM symbols lies an activated OFDM data frame - before and with the determination of the start position of this OFDM data frame can be continued. Otherwise, the OFDM data stream must be examined for existing OFDM symbols in the next data frame interval. As a typical value for the comparison number N Min , according to the WiMAX standard, the minimum number of OFDM symbols in a single OFDM subframe, namely five, can be selected.
Die Überprüfung, ob im aktuell zu betrachtenden Datenrahmenintervall überhaupt OFDM-Symbole übertragen werden, kann auch vor Durchführung des Hypothesen-Tests erfolgen.The check as to whether OFDM symbols are ever transmitted in the currently considered data frame interval can also be carried out before the hypothesis test is carried out.
Liegt ein aktivierter OFDM-Datenrahmen vor, wird daraufhin in einer Einheit
Die Vielzahl möglicher Hypothesen reduziert sich, wenn folgende Voraussetzungen bei der Belegung eines OFDM-Datenrahmens mit OFDM-Symbolen erfüllt sind:
- • ein OFDM-Unter-Datenrahmen eines OFDM-Datenrahmens ist entweder vollständig mit OFDM-Symbolen belegt oder enthält überhaupt keine OFDM-Symbole,
- • die Übertragung eines vollständig mit OFDM-Symbolen belegten OFDM-Unter-Datenrahmens in einem OFDM-Datenrahmen beginnt gemäß
2 an der Startposition des für die Übertragung von der Basisstation zum Mobilfunkgerät vorgesehenen Datenbereichs (Downlink-Datenbereich, beginnend an der Startposition des jeweiligen OFDM-Datenrahmens) oder an der Startposition des für die Übertragung vom Mobilfunkgerät zur Basisstation vorgesehenen Datenbereichs (Uplink-Datenbereich, beginnend an einer von der Startposition des jeweiligen OFDM-Datenrahmens durch den Downlink-Datenbereich und einer Lücke mit Null-Werten versetzten Position innerhalb des OFDM-Datenbereichs) und - • die einzelnen jeweils vollständig mit OFDM-Symbolen belegten OFDM-Unter-Datenrahmen werden im Downlink- und/oder Uplink-Datenbereich des jeweiligen OFDM-Datenrahmens zusammenhängend übertragen.
- An OFDM subframe of an OFDM data frame is either completely occupied with OFDM symbols or contains no OFDM symbols at all,
- The transmission of an OFDM subframe fully occupied with OFDM symbols in an OFDM data frame commences according to
2 at the start position of the data area provided for the transmission from the base station to the mobile radio device (downlink data area, starting at the start position of the respective OFDM data frame) or at the start position of the data area provided for the transmission from the mobile radio device to the base station (uplink data area, starting at a position within the OFDM data area offset from the start position of the respective OFDM data frame by the downlink data area and a zero-valued gap) and - The individual OFDM subframes, which are completely occupied by OFDM symbols, are transmitted coherently in the downlink and / or uplink data area of the respective OFDM data frame.
Somit ergeben sich für den Betriebsfall eines Frequenzduplex (Frequency-Division-Duplex (FDD)), bei dem alle acht Unter-Datenrahmen eines OFDM-Datenrahmens entweder dem Downlink-Datenbereich oder dem Uplink-Datenbereich zugeordnet sind, insgesamt acht Hypothesen für die Belegung eines OFDM-Datenrahmens mit OFDM-Symbolen (1. Hypothese: nur erster OFDM-Unter-Datenrahmen des Downlink- oder Uplink-Datenbereichs belegt; 2. Hypothese: nur erster und zweiter OFDM-Unter-Datenrahmen des Downlink- oder Uplink-Datenbereichs belegt;... .; 8. Hypothese: alle acht Unter-Datenrahmen des Downlink- oder Uplink-Datenbereichs belegt).Thus, for the operating case of a frequency division duplex (FDD), in which all eight subframes of an OFDM data frame are assigned to either the downlink data area or the uplink data area, there are a total of eight hypotheses for occupying one OFDM data frames with OFDM symbols (hypothesis 1: only first OFDM sub-data frame of the downlink or uplink data area occupied; 2nd hypothesis: occupying only first and second OFDM sub-data frames of the downlink or uplink data area; 8. hypothesis: all eight sub-data frames of the downlink or uplink data area occupied).
Für den Betriebsfall eines Zeitduplex (Time-Division-Duplex (TDD)) werden in einer ersten Variante jeweils vier OFDM-Unter-Datenrahmen eines OFDM-Datenrahmens dem Downlink-Datenbereich und jeweils vier OFDM-Unter-Datenrahmen eines OFDM-Datenrahmens dem Uplink-Datenbereich zugeordnet. Für den Fall, dass nur der Downlink-Datenbereich oder nur der Uplink-Datenbereich belegt ist, ergeben sich jeweils vier Hypothesen. Für den Fall, dass der Downlink-Datenbereich und gleichzeitig der Uplink-Datenbereich belegt sind, ergeben sich insgesamt 16 Hypothesen. In einer zweiten Variante des Betriebsfalls eines Zeitduplex sind sechs OFDM-Unter-Datenrahmen dem Downlink-Datenbereich und zwei OFDM-Unter-Datenbereiche dem Uplink-Datenbereich zugeordnet. Für den Fall, dass nur der Downlink-Datenbereich belegt ist, ergeben sich insgesamt sechs Hypothesen. Für den Fall, dass nur der Uplink-Datenbereich belegt ist, ergeben sich insgesamt zwei Hypothesen. Für den Fall, dass der Downlink-Datenbereich und gleichzeitig der Uplink-Datenbereich belegt sind, ergeben sich insgesamt zwölf Hypothesen.For the operation case of a time division duplex (TDD), in a first variant, four OFDM subframes of an OFDM data frame are assigned to the downlink data area and four OFDM subframes of an OFDM data frame to the uplink. Data area assigned. In the event that only the downlink data area or only the uplink data area is occupied, there are four hypotheses each. In the event that the downlink data area and at the same time the uplink data area are occupied, this results in a total of 16 hypotheses. In a second variant of the operating time of a time duplex, six OFDM sub-data frames are assigned to the downlink data area and two OFDM sub-data areas are assigned to the uplink data area. In the event that only the downlink data area is occupied, there are a total of six hypotheses. In the event that only the uplink data area is occupied, there are a total of two hypotheses. In the event that the downlink data area and at the same time the uplink data area are occupied, there are a total of twelve hypotheses.
In demselben Verfahrensschritt S20 wird durch eine Einheit
Der Verlauf des Betrags |xFSM(n)| bzw. |xj,FSM(n)| der aus zweiten Metrikwerten xFSM(n) bzw. xj,FSM(n) zusammengesetzten zweiten Metrik gemäß
• Die fixe OFDM-Datenrahmenlänge von bevorzugt 5 Millisekunden ist kein ganzzahliges Vielfaches einer OFDM-Symbollänge von NS Abtastwerten und somit werden am Ende eines OFDM-Datenrahmens Null-Werte im OFDM-Datenrahmen übertragen (siehe einfach schraffierte Flächen in
• Aufgrund der Tatsache, dass die in einem OFDM-Datenrahmen übertragenen OFDM-Symbole zusammenhängend am Beginn des Downlink-Datenbereichs und/oder des Uplink-Datenbereichs positioniert sind, tragen die einzelnen zeitlich versetzten und normierten ersten Metrikwerte xCPCNorm(n + v(m)) bzw. xCPCNorm(n + vj(m)) mit zunehmenden Zeitversatz einen geringeren Beitrag bei der additiven d. h. konstruktiven Überlagerung zur Ermittlung der zweiten Metrikwerte xFSM(n) bzw. xj,FSM(n) bei Startpositionen nSymboli der einzelnen OFDM-Symbole bei, die eine zunehmende zeitliche Distanz zur Startposition nDatenrahmen1, nDatenrahmen2, ... des jeweiligen OFDM-Datenrahmens aufweisen.Due to the fact that the OFDM symbols transmitted in an OFDM data frame are positioned contiguously at the beginning of the downlink data area and / or the uplink data area, the individual staggered and normalized first metric values x CPCNorm (n + v (m )) or x CPCNorm (n + v j (m)) with increasing time offset a smaller contribution to the additive ie constructive overlay to determine the second metric values x FSM (n) or x j, FSM (n) at start positions n symboli of the individual OFDM symbols, which have an increasing time distance to the starting position n data frames 1 , n data frames 2 ,... of the respective OFDM data frame.
Im nächsten Verfahrensschritt S30 wird ebenfalls in einer Einheit
Der zeitliche Verlauf des Betrags |xFSMOpt(n)| bzw. |xj,FSMOpt(n)| der aus optimierten zweiten Metrikwerten xFSMOpt(n) bzw. xj,FSMOpt(n) zusammengesetzten optimierten zweiten Metrik gemäß
Im darauffolgenden Verfahrensschritt S40 wird in einer Einheit
Bei Unkenntnis der Belegungsstruktur jedes OFDM-Datenrahmens mit OFDM-Symbolen durch den Empfänger wird in einer Einheit
Im nächsten Verfahrensschritt S50 wird für den Fall der Unkenntnis der Belegungsstruktur jedes OFDM-Datenrahmens mit OFDM-Symbolen durch den Empfänger durch eine Einheit
Während im Fall einer korrekten Hypothese jkorrekt lediglich diejenigen zeitlich versetzten und normierten ersten Metrikwerte xCPCNorm(n + vj(m)) bei der Ermittlung der optimierten zweiten Metrikwerte xj,FSMOpt(n) berücksichtigt werden, die einerseits eine Symmetrie der einzelnen Maxima der optimierten zweiten Metrikwerte xj,FSMOpt(n) zum größten Maximum der optimierten zweiten Metrikwerte xj,FSMOpt(n) und andererseits eine deutlich ausgeprägte Differenz zwischen dem größten Maximum der optimierten zweiten Metrikwerte xj,FSMOpt(n) und den beiden rechts- und linksseitig nächst versetzt positionierten Maxima der optimierten zweiten Metrikwerte xj,FSMOpt(n) bewirkt, führen die übrigen Hypothesen einerseits zu einer Unsymmetrie der einzelnen Maximas der optimierten zweiten Metrikwerte xj,FSMOpt(n) zum größten Maximum der optimierten zweiten Metrikwerte xj,FSMOpt(n) und andererseits zu einer deutlich schwächer ausgeprägten Differenz zwischen dem größten Maximum der optimierten zweiten Metrikwerte xj,FSMOpt(n) und den beiden rechts- und linksseitig nächst versetzt positionierten Maxima der optimierten zweiten Metrikwerte xj,FSMOpt(n) Für eine tatsächliche Belegung von aufeinander folgenden OFDM-Datenrahmen mit OFDM-Symbolen gemäß
Zu erkennen ist die Symmetrie der einzelnen Maxima der zweiten Metrikwerte x1,FSM(n) zum größten Maximum der zweiten Metrikwerte x2,FSM(n) und andererseits die deutlich ausgeprägte Differenz zwischen dem größten Maximum der zweiten Metrikwerte x2,FSM(n) und den beiden rechts- und linksseitig nächst versetzt positionierten Maxima der zweiten Metrikwerte x1,FSM(n) der korrekten ersten Belegungshypothese in
Andererseits ist in
Enthält das zu analysierende OFDM-Empfangssignal überlagerte Störsignalanteile aufgrund eines geringen Signal-Rauschabstands des OFDM-Übertragungskanals oder aufgrund von Ungenauigkeiten im Signalpfad des Empfängers – beispielsweise nicht zueinander kompensierter Inphase- und Quadratur-Kanal im Quadraturmodulator des Empfängers so können fehlerhafte Maximalwerte in den normierten ersten Metrikwerten xCPCNorm(n) an einer Startposition eines OFDM-Symbols, wie in
Diese fehlerhaften Maximalwerte an einer Startposition eines OFDM-Symbols in den normierten ersten Metrikwerten xCPCNorm(n) verfälschen die Unsymmetrie der einzelnen Maxima der zweiten Metrikwerte xFSM(n) zum größten Maximum der zweiten Metrikwerte xFSM(n) und die Differenz zwischen dem größten Maximum der zweiten Metrikwerte xFSM(n) und den beiden rechts- und linksseitig nächst versetzt positionierten Maxima der zweiten Metrikwerte xFSM(n) im Fall von nicht korrekten Belegungshypothesen, während im Fall einer korrekten Belegungshypothese die Verfälschungen hinsichtlich der Symmetrie der einzelnen Maxima der zweiten Metrik xFSM(n) zum größten Maximum der zweiten Metrikwerte xFSM(n) und hinsichtlich der Differenz zwischen dem größten Maximum der zweiten Metrikwerte xFSM(n) und den beiden rechts- und linksseitig nächst versetzt positionierten Maxima der zweiten Metrikwerte xFSM(n). geringer ausfallen.These erroneous maximum values at a start position of an OFDM symbol in the normalized first metric values x CPC norm (n) falsify the asymmetry of the individual maxima of the second metric values x FSM (n) to the maximum of the second metric values x FSM (n) and the difference between them greatest maximum of the second metric values x FSM ( n) and the two maxima of the second metric values x FSM (n) positioned on the right and left side in the case of incorrect assignment hypotheses, while in the case of a correct assignment hypothesis the distortions with respect to the symmetry of the individual maxima the second metric x FSM (n) to the largest maximum of the second metric values x FSM (n) and the difference between the largest maximum of the second metric values x FSM (n) and the two maxima of the second metric values x positioned next offset on the right and left side FSM (n). lower.
In demselben Verfahrensschritt S50 wird nach der Detektion der korrekten Belegungshypothese jkorrekt die Startposition nDatenrahmen des jeweiligen OFDM-Datenrahmens gemäß Gleichung (10) als Abtastzeitpunkt des größten Maximalwerts der zur korrekten Belegungshypothese jkorrekt gehörigen optimierten zweiten Metrikwerte xjkorrekt,FSMOpt(n) ermittelt.In the same method step S50, after the detection of the correct assignment hypothesis j, the starting position n data frame of the respective OFDM data frame according to equation (10) is correctly determined as the sampling time the largest maximum value of the optimized second metric values x j correct , FSMOpt (n) correctly associated with the correct assignment hypothesis j.
Im nächsten Verfahrensschritt S60 werden die Startpositionen nDatenrahmen(i) aller auf den ersten identifizierten OFDM-Datenrahmen jeweils folgenden OFDM-Datenrahmen ermittelt. Bei einem ungestörten – d. h. ununterbrochenen – Betrieb der OFDM-Übertragung und bei einem zeitinvarianten OFDM-Übertragungskanal sind die Startpositionen nDatenrahmen(i) der einzelnen OFDM-Datenrahmen im einem zyklischen Zeitraster angeordnet und werden gemäß Gleichung (11) ermittelt. Bei einem gestörten Betrieb der OFDM-Übertragung und bei einem zeitvarianten OFDM-Übertragungskanal könnten die Startpositionen nDatenrahmen(i) der einzelnen OFDM-Datenrahmen nicht mehr in einem zyklischen Zeitraster angeordnet sein. Ist kein zyklisches Zeitraster mehr vorhanden, so können die Startpositionen nDatenrahmen(i) der einzelnen OFDM-Datenrahmen deshalb kontinuierlich wie im Fall der Startposition nDatenrahmen des ersten im OFDM-Datenstrom detektierten OFDM-Datenrahmens gemäß der Verfahrensschritte S10 bis S50 jeweils ermittelt werden.In the next method step S60, the start positions n data frames (i) of all the OFDM data frames following the first identified OFDM data frame are determined. In an undisturbed - ie uninterrupted - operation of the OFDM transmission and a time-invariant OFDM transmission channel , the start positions n data frame (i) of the individual OFDM data frames are arranged in a cyclic time frame and are determined according to equation (11). In a disturbed operation of the OFDM transmission and a time-variant OFDM transmission channel, the start positions n data frame (i) of the individual OFDM data frames could no longer be arranged in a cyclic time frame. If there is no longer a cyclic time grid, the start positions n data frames (i) of the individual OFDM data frames can therefore be determined continuously as in the case of the start position n data frames of the first OFDM data frame detected in the OFDM data stream according to method steps S10 to S50.
In demselben Verfahrensschritt S60 wird in einer Einheit
In einem optionalen Verfahrensschritt S70 wird in einer optionalen Einheit
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform mit sämtlichen Varianten beschränkt. Von der Erfindung sind auch andere Normierungsarten und andere, insbesondere zukünftige Belegungsstrukturen von OFDM-Datenrahmen mit OFDM-Symbolen mit abgedeckt.The invention is not limited to the illustrated embodiment with all variants. Other types of standardization and other, in particular future, allocation structures of OFDM data frames with OFDM symbols are also covered by the invention.
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