VERFAHREN ZUR SYNCHRONISATION EINES FUNKEMPFÄNGERS AUF FUNKSIGNALE

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Synchronisation eines Funkempfängers auf Funksignale nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.

[0002] Es ist bereits bekannt, dass bei DAB (Digital Audio Broadcasting) eine grobe Zeitsynchronisation mit einem Nullsymbol erfolgt, dass den Beginn eines jeden DAB-Rahmens bildet. Dies kann beispielsweise durch eine Leistungsmessung erfolgen, da das Nullsymbol, wie es sein Name andeutet, keine Signalleistung aufweist. Eine genauere Synchronisation erfolgt bei DAB durch die im DAB-Datenstrom periodisch angeordneten TFPR-Symbole. Diese TFPR-Symbole, auch Phasenreferenzsymbole genannt, sind Autokorrelationssequenzen, wofür insbesondere die sogenannten CAZAC-Sequenzen verwendet werden. Solche CAZAC-Sequenzen weisen solche Korrelationseigenschaften auf, dass bei einer Übereinstimmung ein hohes Autokorrelationssignal und bei einer fehlenden Übereinstimmung eine Null als Autokorrelationssignal ausgegeben wird. Mit dem TFPR-Symbol kann dann die Frequenzablage, die durch eine nicht-ideale Taktfrequenz im Rundfunkempfänger, eine Dopplerverschiebung durch eine Bewegung des Rundfunkempfängers oder eine Frequenzablage des Senders begründet ist, ermittelt werden.

[0003] Durch das TFPR-Symbol ist weiterhin die Kanalimpulsantwort bestimmbar, mit der die Zeitabweichung und andere Signalparameter bestimmt werden können. Dann kann mit einer sogenannten FFT (Fast Fourier Transform = schnelle Fouriertransformation) die Zeit-, die Frequenz- und die Phasenabweichung bestimmt werden, um diese Abweichungen dann zu korrigieren.

[0004] Ein Funkempfänger dieser Art wird in EP 938 203 offenbart.

Vorteile der Erfindung

[0005] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Synchronisation eines Funkempfängers auf Funksignale mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass mit dem Ortungssignal, vorzugsweise einem GPS (Global Positioning System) Signal, eine genaue Zeit und damit ein genauer Zeittakt bestimmbar ist und somit nach einer erfolgten Grobsynchronisation ein fester Zeittakt vorliegt und mit dem gegebenenfalls der Bordtakt des Rundfunkempfängers korrigiert werden kann. Mit dem Ortungssignal sind auch weiterhin Geschwindigkeitsvektoren bestimmbar, um so eine Dopplerverschiebung in der Frequenz der Rundfunksignale zu korrigieren. Damit wird insgesamt die Synchronisation erheblich verbessert, wobei dies vor allem darin begründet ist, dass GPS und DAB unkorrelierte Verfahren sind und sich so ein systematischer Fehler in einem Übertragungsverfahren nicht auch auf die Korrektursignale im Rundfunkempfänger auswirkt. Die Audioqualität oder die Qualität der empfangenen Daten wird dadurch erheblich gesteigert. Eine grobe Synchronisation auf den DAB-Datenstrom ist nach einem Ausfall eines DAB-Signals dann auch nicht mehr nötig, da mit dem Zeittakt des Ortungssignals (GPS-Signals) der Takt des Rahmens gehalten werden kann und damit die Synchronisation aufrechterhalten wird.

[0006] Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens zur Synchronisation eines Funkempfängers auf Funksignale möglich.

[0007] Besonders vorteilhaft ist, dass die Korrektur mit den Ortungssignalen durch einen Filter, vorzugsweise einen Prädiktor durchgeführt wird. Dafür kann dann ein Kalman-Filter, der dafür ausgezeichnete Eigenschaften aufweist, verwendet werden. Bei einem Prädiktor wird eine Vorhersage eines Nachrichtensignals verlangt, also eine negative Totzeit. Unter dem Begriff Kalman-Filter wird ein Rechenverfahren verstanden, das einen Schätzwert für eine gestört meßbare Größe bestimmt. Der Kalman-Filter ist insbesondere rekursiv und kann auf einem Prozessor realisiert sein.

[0008] Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass zur Durchführung des Verfahrens ein Funkempfänger vorliegt, der mit einer Ortungsvorrichtung wie einem GPS-Empfänger verbindbar ist und der eine Korrektureinheit aufweist, der Kalman-Filter, mit der die Korrektur der Synchronisation der empfangenen Funksignale durchgeführt werden kann.

Zeichnung

[0009] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Funkempfängers und Figur 2 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung

[0010] Die Synchronisation bei digitalen Funksignalen im Funkempfänger ist von entscheidender Bedeutung für die Qualität der empfangenen Daten. Bei digitalen Rundfunksignalen, wie es beispielsweise bei DAB der Fall ist, wird diese Synchronisation zunächst mit einer Grobsynchronisation und dann mit einer Feinsynchronisation durchgeführt. Die Grobsynchronisation reicht nicht aus, um das DAB-Signal möglichst fehlerfrei zu dekodieren, da der Mobilfunkkanal starke Leistungsschwankungen des DAB-Funksignals bedingt. Darüber hinaus muß die eingestellte Empfangsfrequenz sehr genau auf die tatsächlich ausgestrahlte Frequenz synchronisiert werden. Eine weitere Problemstellung liefert der Bordtakt. Ist der Bordtakt des Empfängers zu weit von der idealen Frequenz entfernt, ist eine Synchronisation gar nicht erst möglich.

[0011] Da die Qualität der empfangenen DAB-Signale im Mobilfunkkanal sehr stark schwankt, ist die Berechnung der Abweichungswerte durch die Feinsynchronisation mit einem TFPR-Symbol fehlerbehaftet. Wird.dabei der Fehler so groß, dass auch die Zeit- und Frequenzablage derart ansteigen, so dass aus dem nächsten TFPR-Symbol keine gültigen Werte mehr errechnet werden können. In diesem Fall reißt dann die Synchronisation ab, was eine erneute Grobsynchronisation anhand des Nullsymbols erfordert. Eine Begleiterscheinung davon ist, dass die Nutzsignale, also die Audio- oder Multimediadaten eine ansteigende Bitfehlerrate aufweisen, die so groß werden kann, dass die Nutzsignale unbrauchbar werden.

[0012] Erfindungsgemäß werden daher die mit dem TFPR-Symbol berechneten Abweichungen selbst einer Korrektur unterzogen, die auf einem empfangenen Ortungssignal fußt. Als Ortungssignal wird dabei das bekannte GPS-Signal verwendet. Es sind jedoch auch andere Ortungssignale möglich, die eine genaue Zeitbestimmung ermöglichen. Das GPS-Signal liefert eine sehr genaue Zeitreferenz und gattungsgemäß eine sehr genaue Positionsbestimmung. Beide Informationen können für die Verbesserung der DAB-Synchronisation benutzt werden. Dies verlangt eine vorverarbeitung, denn erst aus den Positionsdaten ist durch eine zeitliche Ableitung ein Geschwindigkeitsvektor errechenbar. Außerdem kann die tatsächliche Bordtaktfrequenz aus der GPS-Zeit und der Sollfrequenz des Bordtaktes ermittelt werden. Dabei wird vorzugsweise ein Zähler verwendet, der eine vorgegebene Schwingung oder Takt durch die GPS-Zeit und durch den Bordtakt zählt und dann einen Vergleich durchführt. Es ist dabei ausreichend, wenn der DAB-Empfänger eine GPS-genaue Zeit erhält: er kann dann selbst die Abweichung seines Bordtakts vom Ideal errechnen. Bei der erstmaligen Synchronisation auf den DAB-Datenstrom ist wie oben beschrieben lediglich eine grobe Zeitsynchronisation möglich. Ist die tatsächliche Taktfrequenz bekannt, kann die oben beschriebene Frequenzkorrektureinheit schon vor dem Empfang der ersten DAB-Daten so eingestellt werden, dass der nichtideale Bordtakt bei den ersten Daten bereits ausgeglichen wird. Hierdurch wird die Erstsynchronisation deutlich beschleunigt und ist jetzt in einem weiteren Rahmen von der Taktfrequenz unabhängig.

[0013] Ein weiterer Aspekt ist die Nutzung des genauen Zeittaktes des GPS-Empfängers zur Zeitsynchronisation. Viele DAB-Sendernetze sind bereits per GPS synchronisiert. In diesen Fällen kann der Zeittakt des GPS-Empfängers direkt verwendet werden, sofern sich der Funkempfänger nicht bewegt. Diese Information liefert der GPS-Empfänger über den Umweg der Positionsdaten. Bei bewegten Empfängern muß die TFPR-Analyse lediglich die durch die Bewegung entstehenden zusätzlichen Abweichungen eliminieren. Bricht die Leistung des DAB-Signals so weit ein, dass eine Dekodierung des TFPR-Symbols nicht mehr möglich ist, kann der GPS-Zeittakt die Synchronisation so weit aufrechterhalten, dass beim erneuten Einsetzen des DAB-Signals keine grobe Zeitsynchronisation mit dem Nullsymbol mehr nötig ist.

[0014] Die aus den Positionsdaten ermittelten Geschwindigkeitsinformationen können in einer anderen Weise zur Verbesserung der DAB-Synchronisation beitragen. Da die Dopplerverschiebung lediglich von der Empfangsfrequenz und der relativen Geschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger abhängt, kann berechnet werden, welche Dopplerverschiebung bei den aktuellen Werten maximal auftreten kann. Diese Information kann wiederum in die Fehlererkennung der Korrekturwertberechnung einfließen. Die Korrekturwertberechnung wird vorzugsweise mit einem Filter, einem Prädiktor, durchgeführt und hier wird ein Kalman-Filter eingesetzt. Ein solches Filter kann auf einem digitalem Signalprozessor implementiert werden.

[0015] In Figur 1 ist ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Funkempfängers dargestellt. Eine Antenne 1 ist an einen Eingang eines Hochfrequenzempfangsteils 2 angeschlossen. Ein Ausgang des Hochfrequenzempfängers 2 ist an einen ersten Eingang eines Prozessors 3 angeschlossen. An einen zweiten Eingang des Prozessors 3 ist ein Prozessor 4 angeschlossen. Ein Ausgang des Prozessors 3 führt zu einer Audiodekodierung. 7, deren Ausgang wiederum an einen Audioverstärker 8 angeschlossen ist. Der Audioverstärker 8 ist an einen Eingang eines Lautsprechers 9 angeschlossen. An einen Eingang des Prozessors 4 ist ein GPS-Empfänger 5 angeschlossen. An einen Eingang des GPS-Empfängers 5 ist eine Antenne 6 angeschlossen.

[0016] Die mit der Antenne 1 empfangenen Rundfunk- bzw. Funksignale werden von dem Hochfrequenzempfänger 2 verstärkt, gefiltert und auf eine Zwischenfrequenz heruntergemischt sowie digitalisiert. Der so entstandene digitale Datenstrom wird dann vom Prozessor 3 zunächst auf eine mögliche Synchronisation hin überprüft. Dazu führt zunächst der Prozessor 3 beim ersten Empfang des DAB-Signals eine Grobsynchronisation mit dem Nullsymbol im DAB-Rahmen durch. Nach einer erfolgreichen groben Zeitsynchronisation führt der Prozessor 3 eine Feinsynchronisation mit dem TFPR-Symbol durch und bestimmt dabei die Frequenzablage, die Zeitablage und eine mögliche Phasenverschiebung. Mit der Antenne 6 werden die GPS-Signale, die von verschiedenen Satelliten ausgestrahlt werden, empfangen und im GPS-Empfänger 5 ausgewertet. Der GPS-Empfänger 5 liefert damit die aktuelle Position des erfindungsgemäßen Funkempfängers und einen genauen Zeittakt an den Prozessor 4. Der Prozessor 4 berechnet aus den GPS-Daten einen Geschwindigkeitsvektor, indem er aufeinanderfolgende Positionsbestimmungen für den Funkempfänger auswertet, und der Prozessor 4 ermittelt, ob der Bordtakt des erfindungsgemäßen Funkempfängers der Vorgabe entspricht. Diese Daten werden dann dem Prozessor 3 übertragen, so dass der Prozessor 3 durch Verwendung eines Filters und zwar eine Prädiktors, hier eines Kalman-Filters, die Korrektur der Frequenz-, Zeit- und Phasenablage durchführt. Die so synchronisierten DAB-Daten werden dann an die Audiodekodierung 7 übergeben, die eben die Audiodekodierung an den DAB-Daten durchführt. Diese Audiodekodierung 7 ist hier zur Erzielung einer höheren Geschwindigkeit in Hardware realisiert, wobei dies auch auf einem Prozessor implementierbar ist. Die digitalen Audiodaten werden dann von der Audiodekodierung 7 in analoge Audiosignale umgewandelt, um sie dann an den Audioverstärker. 8 zu übertragen, der die Audiosignale verstärkt, so dass sie mit dem Lautsprecher 9 wiedergegeben werden können.

[0017] In Figur 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren als Flußdiagramm dargestellt. In Verfahrensschritt 10 werden die digitalen Rundfunksignale, also die DAB-Signale empfangen und es erfolgt eine Grobsynchronisation auf das Nullsymbol. In Verfahrensschritt 11 erfolgt im Prozessor 3 die Feinsynchronisation mit dem TFPR-Symbol, um die Frequenz-, Zeit- und Phasenablage zu berechnen. In Verfahrensschritt 12 werden mit dem GPS-Empfänger 5 und der Antenne 6 die GPS-Daten ermittelt, so dass der GPS-Empfänger 5 die aktuelle Position und den genauen Zeittakt ermitteln kann. In Verfahrensschritt 13 werden damit der Bordtakt des erfindungsgemäßen Funkempfängers und die Geschwindigkeit des erfindungsgemäßen Funkempfängers ermittelt. Diese Daten werden dann in Verfahrensschritt 14 zur Korrektur der Frequenz-, Zeit- und Phasenablage verwendet. In Verfahrensschritt 15 erfolgt die Verarbeitung der synchronisierten Daten, indem eine Kanal- und Quellencodierung durchgeführt wird. In Verfahrensschritt 16 werden die Audiodaten wiedergegeben.

[0018] Alternativ ist es möglich, dass mit DAB Multimediadaten empfangen werden, die dann entsprechend decodiert werden und auf einer Anzeige bzw. einem Lautsprecher dargestellt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Synchronisation eines Funkempfängers auf Funksignale, wobei periodisch wenigstens ein Referenzsymbol in den Funksignalen zur Synchronisation durch den Funkempfänger verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem vom Funkempfänger empfangenen Ortungssignal die Synchronisation des Funkempfängers korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur der Synchronisation mit einem Filter durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem ersten Referenzsymbol eine grobe Synchronisation und mit einem zweiten Referenzsymbol eine feine Synchronisation erreicht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als das erste Referenzsymbol das Nullsymbol und als das zweite Referenzsymbol das TFPR-Symbol verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem empfangenen Ortungssignal ein Bordtakt und/oder ein Geschwindigkeitsvektor des Funkempfängers zur Korrektur der Synchronisation bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein GPS-Signal auf das Ortungssignal verwendet wird.

7. Funkempfänger zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Funkempfänger mit einer Ortungsvorrichtung (5, 6) verbindbar ist und dass der Funkempfänger eine Korrektureinheit (4, 3) aufweist, die in Abhängigkeit von empfangenen Ortungssignalen eine Korrektur der Synchronisation von empfangenen Funksignalen durchführt.

8. Funkempfänger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinheit ein Kalman-Filter ist.

Claims

1. Method for synchronization of a radio receiver to radio signals, with at least one reference symbol being used periodically in the radio signals for synchronization by the radio receiver, characterized in that the synchronization of the radio receiver is corrected as a function of a position-finding signal which is received by the radio receiver.

2. Method according to Claim 1, characterized in that the synchronization is corrected by means of a filter.

3. Method according to Claim 1 or 2, characterized in that coarse synchronization is achieved by means of a first reference symbol, and fine synchronization is achieved by means of a second reference symbol.

4. Method according to Claim 3, characterized in that the zero symbol is used as the first reference symbol, and the TFPR symbol is used as the second reference symbol.

5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that an onboard clock and/or a velocity vector for the radio receiver is determined with the received position-finding signal, in order to correct the synchronization.

6. Method according to one of the preceding claims,
characterized in that a GPS signal is used as the position-finding signal.

7. Radio receiver for carrying out the method according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the radio receiver can be connected to a position-finding apparatus (5, 6), and in that the radio receiver has a correction unit (4, 3), which corrects the synchronization of received radio signals as a function of received position-finding signals.

8. Radio receiver according to Claim 7, characterized in that the correction unit is a Kalman filter.

Revendications

1. Procédé de synchronisation d'un récepteur radio avec des signaux radio, utilisant périodiquement au moins un symbole de référence dans les signaux radio pour la synchronisation par le récepteur radio,
caractérisé en ce que
la synchronisation du récepteur radio est corrigée en fonction d'un signal de localisation reçu par le récepteur radio.

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la correction de la synchronisation est réalisée au moyen d'un filtre.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce qu'
avec un premier symbole de référence on obtient une synchronisation grossière et avec un second symbole de référence une synchronisation fine.

4. Procédé selon la revendication 3,
caractérisé en ce qu'
on utilise le symbole zéro comme premier symbole de référence et le symbole TFPR comme second symbole de référence.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'
on détermine à l'aide du signal de localisation reçu une cadence de bord et/ou un vecteur de vitesse du récepteur radio pour la correction de la synchronisation.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'
on applique un signal GPS sur le signal de localisation.

7. Récepteur radio pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que
e récepteur radio peut être relié à un dispositif de localisation (5, 6), et il présente une unité de correction (4, 3) qui exécute une correction de la synchronisation de signaux radio reçus en fonction de signaux de localisation reçus.

8. Récepteur radio selon la revendication 7,
caractérisé en ce que
l'unité de correction est un filtre de Kalman.

Zeichnung