DE102015106292A1

DE102015106292A1 - Low complexity method for synchronization of wireless communication networks

Info

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

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation einer Basisstation eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes und eines ein digitales Signal von der Basisstation empfangenen Nutzergerätes, wobei das digitale Signal in Frames mit einer festen Framelänge in der Zeitdomäne organisiert ist und ein oder mehrere Synchronisationssignale umfasst. Das Synchronisationsverfahren gemäß der Erfindung kann beispielsweise bei LTE und LTE-advanced-Netzwerken angewendet werden und weist eine reduzierte Komplexität auf, was zu einem reduzierten Energie- und Zeitverbrauch der durchzuführenden Synchronisation eines Nutzergerätes führt. Das Verfahren umfasst wenigstens die Schritte des Quantisierens des Synchronisationssignals, um ein besonders quantisiertes Synchronisationssignal zu erhalten, Kreuzkorrelieren des besonders quantisierten Synchronisationssignals mit dem heruntergesampelten digitalen Signal oder dem ursprünglichen digitalen Signal, Akkumulieren des Ergebnisses dieses Kreuzkorrelierens und Stoppen dieses Kreuzkorrelierens mit oder ohne ein besonderes Stoppkriterium.The present invention relates to a method for synchronizing a base station of a wireless communication network and a user equipment receiving a digital signal from the base station, wherein the digital signal is organized in frames having a fixed frame length in the time domain and comprises one or more synchronization signals. The synchronization method according to the invention can be used for example in LTE and LTE-advanced networks and has a reduced complexity, which leads to a reduced energy and time consumption of the synchronization of a user device to be performed. The method comprises at least the steps of quantizing the synchronization signal to obtain a particularly quantized synchronization signal, cross-correlating the particularly quantized synchronization signal with the downsampled digital signal or the original digital signal, accumulating the result of that cross-correlation, and stopping that cross-correlation with or without a particular stopping criterion ,

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit geringer Komplexität zur Synchronisation einer Basisstation eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes und eines Nutzergerätes, welches digitale Signale in einem oder mehreren Frequenzbändern von der Basisstation empfängt, wobei das digitale Signal in Frames mit einer festen Frame-Länge in der Zeitdomäne organisiert ist und ein oder mehrere Synchronisationssignale umfasst.The invention relates to a method with low complexity for synchronization of a base station of a wireless communication network and a user equipment, which receives digital signals in one or more frequency bands from the base station, wherein the digital signal is organized in frames with a fixed frame length in the time domain and includes one or more synchronization signals.

Drahtlose Kommunikationsnetzwerke, wie UMTS, LTE und LTE-advanced umfassen eine Vielzahl von Basisstationen, welche über eine Fläche verteilt sind, auf welcher Drahtloskommunikation zur Verfügung gestellt werden soll. Jede Basisstation dient als Empfänger von digitalen Signalen, welche von Nutzergeräten gesendet, und als Sender von digitalen Signalen, welche von Nutzergeräten empfangen werden sollen. Durch solch eine Anordnung von Basisstationen wird ein zellulares Kommunikationsnetzwerk gebildet, wobei jede Basisstation einen bestimmten Bereich abdeckt, sodass alle digitalen Signale, welche von Nutzergeräten innerhalb des Bereiches gesendet werden, von der Basisstation empfangen werden, welche diesem Bereich zugeordnet ist, und alle digitalen Signale, welche von Nutzergeräten innerhalb des Bereiches empfangen werden sollen, von dieser Basisstation gesendet werden. Die zellulare Struktur eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes ermöglicht eine viel größere Datenkapazität verglichen mit nicht zellularen Kommunikationsnetzwerken. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die gleichen Frequenzressourcen für den Austausch von digitalen Signalen innerhalb jeder Zelle verwendet werden, wohingegen bei nicht zellularen Kommunikationsnetzwerken jede Frequenzressource nur einmal für Datenübertragung zur gleichen Zeit verwendet werden kann.Wireless communication networks such as UMTS, LTE and LTE-advanced include a plurality of base stations distributed over an area on which wireless communication is to be provided. Each base station serves as a receiver of digital signals transmitted by user equipment and as a transmitter of digital signals to be received by user equipment. By such an arrangement of base stations, a cellular communication network is formed, each base station covering a particular area, so that all digital signals sent by user equipment within the area are received by the base station associated with that area and all digital signals which are to be received by user equipment within the area are sent by this base station. The cellular structure of a wireless communication network allows a much larger data capacity compared to non-cellular communication networks. This is due to the fact that the same frequency resources are used for the exchange of digital signals within each cell, whereas in non-cellular communication networks, each frequency resource can be used only once for data transmission at the same time.

Die etablierten Kommunikationsnetzwerke berücksichtigen die Bevölkerungsdichte, sodass eine Region mit höherer Bevölkerungsdichte von mehreren und kleineren Zellen, als das in Regionen mit geringerer Bevölkerungsdichte der Fall wäre, abgedeckt werden. Jede Basisstation hält Kommunikationsverbindungen mit allen anderen Basisstationen des Kommunikationsnetzwerkes aufrecht und hält darüber hinaus Kommunikationsverbindungen zu externen Netzwerken wie dem Internet oder dem Standardtelefonnetzwerk aufrecht. Die Schwierigkeit beim Betreiben eines zellularen Kommunikationsnetzwerkes ist es, die Interferenz von digitalen Signalen, welche von Nutzergeräten oder Basisstationen in verschiedenen Zellen gesendet werden, zu verhindern, welche Schwierigkeit besonders bei benachbarten Zellen relevant ist. Um solch eine Interferenz zu verhindern, wird die Signalstärke der von den Basisstationen gesendeten digitalen Signale an die Größe der Zellen angepasst. Durch diese Maßnahme wird verhindert, dass von einer jeweiligen Basisstation gesendete digitale Signale von einem Nutzergerät, welches sich in einer anderen Zelle befindet, empfangen werden können. Daher erlaubt diese Maßnahme die Wiederverwendung des limitierten verfügbaren Frequenzspektrums, welches Spektrum durch andere Techniken, die Radiofrequenzübertragung verwenden, sowie die traditionelle Fernsehübertragung beschränkt werden. Wenn ein Nutzergerät durch ein zellulares Kommunikationsnetzwerk bewegt wird, ist es erforderlich, dass das Nutzergerät die Zelle, in der sich das Nutzergerät gerade aufhält, identifiziert, wobei das Nutzergerät die Zelle, in der es sich befindet, eindeutig identifizieren muss, sodass das Nutzergerät in die Lage versetzt wird, mit der Basisstation der jeweiligen Zelle zu kommunizieren und von außerhalb der Zelle stammende digitale Signale zu der ihr zugeordneten Basisstation übertragen werden können und anschließend von dieser Basisstation gesendet und von dem Nutzergerät empfangen werden. Dieses Kommunikationsverfahren ist besonders von Bedeutung, wenn ein Nutzergerät eine Zelle verlässt und in eine andere während eines Datenaustausches eintritt, wie beispielsweise beim Durchführen eines Telefonanrufes oder Herunterladen einer Datei aus dem Internet. Dieses Zellidentifikationsverfahren basiert auf von jeder Basisstation eines zellularen Kommunikationsnetzwerkes gesendeten Synchronisationssignalen. Die Synchronisationssignale sind in das digitale Signal, welches von der Basisstation gesendet wird, eingebettet. Das Zellidentifikationsverfahren wird von dem Nutzergerät mittels einer Analyse der von jeder Basisstation gesendeten Synchronisationssignale durchgeführt.The established communication networks take into account the population density, so that a region with higher population density of several and smaller cells, as would be the case in regions with a lower population density, are covered. Each base station maintains communication links with all other base stations of the communication network and, in addition, maintains communication links to external networks such as the Internet or the standard telephone network. The difficulty in operating a cellular communication network is to prevent the interference of digital signals transmitted by user equipment or base stations in different cells, which difficulty is particularly relevant to neighboring cells. To prevent such interference, the signal strength of the digital signals transmitted by the base stations is adjusted to the size of the cells. This measure prevents digital signals transmitted by a respective base station from being received by a user equipment located in another cell. Therefore, this measure allows the reuse of the limited available frequency spectrum, which spectrum is limited by other techniques using radio frequency transmission, as well as traditional television broadcasting. When a user device is moved through a cellular communication network, it is required that the user device identify the cell in which the user device is currently located, and the user device must uniquely identify the cell in which it is located, so that the user device in being able to communicate with the base station of the respective cell and transmit out-of-cell digital signals to its associated base station and subsequently be transmitted by that base station and received by the user equipment. This communication method is particularly important when a user device leaves one cell and enters another during a data exchange, such as making a telephone call or downloading a file from the Internet. This cell identification method is based on synchronization signals sent from each base station of a cellular communication network. The synchronization signals are embedded in the digital signal transmitted by the base station. The cell identification method is performed by the user equipment by means of an analysis of the synchronization signals sent by each base station.

Die Basisstationen eines LTE- oder LTE-advanced-Netzwerkes senden Daten in Form von Frames, wobei jeder Frame eine zeitliche Länger von 10 ms aufweist. Der Frame besteht aus zehn Subframes mit jeweils einer Zeitlänge von 1 ms. Jeder Subframe umfasst zwei Slots mit einer Zeitlänge von 0,5 ms. Jeder Slot umfasst sechs oder sieben OFDM(orthogonal frequency division multiplex)-Symbole, welche den Datenstrom darstellen, jeweils umfassend einen cyclic prefix, welcher sich am Anfang jedes Symbols und folglich zwischen den Symbolen befindet. Die Zahl der UFDM-Symbole in einem slot hängt von der Länge des cyclic prefix ab, das heißt cyclic prefix mit kurzer oder langer Länge, wobei jedoch in beiden Fällen jeder slot 15.360 samples mit der Standard sampling rate von 30,72 msps umfasst. Der cyclic prefix verhindert eine Interferenz zwischen den Symbolen auf Seiten des Empfängers und die Länge desselben ist dem Nutzergerät entweder bekannt oder muss durch dieses ermittelt werden. Es gibt zwei Synchronisationssignale bei LTE und LTE-adcanced-Netzwerken, welche Primäres Synchronisationssignal („Primary Synchronization Signal”) und Sekundäres Synchronisationssignal („Secondary synchronization Signal”) genannt werden. Die Primären und Sekundären Synchronisationsignale sind spezielle Symbole, welche sich beide in dem ersten und sechsten Subframe jedes Frames befinden, das heißt, dass sie alle 5 Millisekunden wiederholt werden.The base stations of an LTE or LTE advanced network send data in the form of frames, each frame having a time duration of 10 ms. The frame consists of ten subframes, each with a time length of 1 ms. Each subframe has two slots with a time of 0.5 ms. Each slot comprises six or seven orthogonal frequency division multiplexed (OFDM) symbols representing the data stream, each comprising a cyclic prefix located at the beginning of each symbol and hence between the symbols. The number of UFDM symbols in a slot depends on the length of the cyclic prefix, that is short or long length cyclic prefix, but in each case each slot comprises 15,360 samples at the standard sampling rate of 30.72 msps. The cyclic prefix prevents interference between the symbols on the receiver side and its length is either known to the user equipment or must be determined by it. There are two synchronization signals in LTE and LTE adcanced networks called the Primary Synchronization Signal and the Secondary Synchronization Signal. The primary and Secondary synchronization signals are special symbols that are both in the first and sixth subframes of each frame, that is, repeated every 5 milliseconds.

Jede der Zellen eines LTE- oder LTE-advanced-Netzwerkes wird durch eine Bitübertragungsschicht-Zellidentität („physical layer cell identity”) identifiziert. Die Bitübertragungsschicht-Zellidentität reicht von 0 bis 503. Diese 504 Werte sind in Gruppen von 168 Gruppen von Zellen gruppiert und die Zell-Gruppenidentität („cell group identity”) hat entsprechend mögliche Werte in dem Bereich von 0 bis 167. Entsprechend umfasst jede Gruppe jeweils drei Zellen. Jede Zelle innerhalb jeder Gruppe ist eine Zell-Sektoridentität („cell sector identity”) in dem Bereich von 0 bis 2 zugeordnet.Each of the cells of an LTE or LTE advanced network is identified by a physical layer cell identity. The physical layer cell identity ranges from 0 to 503. These 504 values are grouped into groups of 168 groups of cells and the cell group identity accordingly has possible values in the range of 0 to 167. Accordingly, each group comprises three cells each. Each cell within each group is assigned a cell sector identity in the range of 0 to 2.

Sei N 1 / ID die Zell-Grupppenidentität und N 2 / ID die Zell-Sektoridentität („cell sector identity”). Dann ist die Zellidentität („cell identity”) N cell / ID N cell / ID = 3·N 1 / ID + N 2 / ID. Be N 1 / ID the cell group identity and N 2 / ID the cell sector identity. Then the cell identity N cell / ID N cell / ID = 3 * N 1 / ID + N 2 / ID.

Prinzipiell findet die Synchronisation eines Nutzergerätes in zwei Arten von Situationen statt. In der ersten ist das Nutzergerät nicht verbunden mit einem zellularen Kommunikationsnetzwerk und möchte Zugriff auf dieses erhalten. Dies ist der Fall, wenn das Nutzergerät angeschaltet wird, oder wenn das Nutzergerät von dem Netzwerk getrennt wurde, zum Beispiel durch Bewegen desselben außerhalb des Netzwerkes. Die zweite tritt auf, wenn das Nutzergerät bereits mit dem Netzwerk verbunden ist und eine Verbindung zu der Basisstation einer anderen Zelle aufbauen möchte. Letzteres wird „hand over” genannt, welcher die Identifizierung einer neuen Zelle und eine Mitteilung darüber an die alte Zelle umfasst. In beiden Situationen wird die Synchronisation mittels des Primären Synchronisationssignals und des Sekundären Synchronisationssignals, welche wie vorgenannt von der Basisstation jeder Zelle gesendet werden, durchgeführt. Neben der Zellidentifikation ermöglichen die Synchronisationssignale auch eine Zeitsynchronisation für eine korrekte Symbolerfassung („symbol detection”) und Frequenzsynchronisation zur Eliminierung von Frequenzverschiebungen aufgrund einer Bewegung eines Nutzergerätes (Dopplereffekt) oder verschiedenen Radiofrequenz-Generatoren auf Seiten des Nutzergerätes zum einen und der Basisstation zum anderen.In principle, the synchronization of a user device takes place in two types of situations. In the first, the user equipment is not connected to a cellular communication network and would like to gain access to it. This is the case when the user equipment is turned on or when the user equipment has been disconnected from the network, for example by moving it outside the network. The second occurs when the user equipment is already connected to the network and wants to connect to the base station of another cell. The latter is called a "hand over" which involves the identification of a new cell and a message about it to the old cell. In both situations, the synchronization is performed by means of the primary synchronization signal and the secondary synchronization signal which are sent as aforesaid from the base station of each cell. In addition to the cell identification, the synchronization signals also enable a time synchronization for correct symbol detection ("symbol detection") and frequency synchronization for eliminating frequency shifts due to movement of a user device (Doppler effect) or different radio frequency generators on the part of the user equipment on the one hand and the base station on the other.

Die Zellidentifikation und das Synchronisationsverfahren nehmen sich wie folgt aus. Zuerst wird das Primäre Synchronisationssignal detektiert, von welchem die Zell-Sektoridentität der jeweiligen Zelle und die Frequenzsynchronisation erhalten wird. Als zweites wird das Sekundäre Synchronisationssignal detektiert, von welchem die Zell-Gruppenidentität der jeweiligen Zelle erhalten wird. Gemäß dem Stand der Technik werden Zeitsynchronisation und die Länge des Zyklischen Präfix' („cyclic prefix”) ebenfalls von dem Sekundären Synchronisationssignal erhalten.The cell identification and the synchronization method are as follows. First, the primary synchronization signal is detected, from which the cell sector identity of the respective cell and the frequency synchronization are obtained. Second, the secondary synchronization signal is detected, from which the cell group identity of the respective cell is obtained. According to the prior art, time synchronization and the length of the cyclical prefix are also obtained from the secondary synchronization signal.

Das von dem Nutzergerät durchgeführte Synchronisationsverfahren basiert auf einer Signalanalyse des Primären Synchronisationssignals und des Sekundären Synchronisationssignals, welche Signalanalyse eine Vielzahl von komplexen Multiplikationen umfasst und daher eine beachtliche Menge an Energie kostet und eine beachtliche Zeitspanne dauert. Komplexe Multiplikationen sind erforderlich, da die Synchronisationssignale ebenso wie die digitalen Signale komplex sind, umfassend einen Realteil und einen Imaginärteil, und da die Synchronisation gewöhnlicherweise mittels der Berechnung von Kreuzkorrelationen durchgeführt wird. Die Kreuzkorrelation CR(a) zweier Funktionen f, g einer Variable t bei einem bestimmten Wert a der Variable, welche in der Telekommunikation gewöhnlich die Zeit ist, kann erhalten werden aus CR(a) = ∫f(t)·g(t + a)dt. The synchronization method performed by the user equipment is based on signal analysis of the primary synchronization signal and the secondary synchronization signal, which signal analysis involves a multiplicity of complex multiplications and therefore costs a considerable amount of energy and takes a considerable amount of time. Complex multiplications are required because the synchronization signals as well as the digital signals are complex comprising a real part and an imaginary part, and since the synchronization is usually performed by calculating cross-correlations. The cross-correlation CR (a) of two functions f, g of a variable t at a given value a of the variable, which is usually the time in telecommunications, can be obtained from CR (a) = ∫f (t) · g (t + a) dt.

Darum sind zahlreiche komplexe Multiplikationen bei der Synchronisation eines Nutzergerätes erforderlich. Je größer die Zahl an komplexen Multiplikationen ist, desto mehr energie- und zeitbeanspruchend ist das Synchronisationsverfahren. Letzteres senkt nachteilig die Leistungsfähigkeit („performance”) des Zugriffs auf solche zellularen Kommunikationsnetzwerke. Ein weiterer Grund für Verzögerungen bei der Synchronisation ist das geringe Signal zu Rauschverhältnis (SNR), welches zu der Notwendigkeit der Akkumulation von Kreuzkorrelationsergebnissen, bis der Peak-Wert eindeutig bestimmt werden kann, führt. Der Energieverbrauch führt zu einer schnelleren Reduzierung des Ladezustandes der Batterie des Nutzergerätes und wird als zweiter Nachteil angesehen.Therefore, many complex multiplications in the synchronization of a user equipment are required. The greater the number of complex multiplications, the more energy and time consuming the synchronization process. The latter disadvantageously lowers the performance of access to such cellular communication networks. Another reason for delays in synchronization is the low signal to noise ratio (SNR), which leads to the need to accumulate cross-correlation results until the peak value can be uniquely determined. The energy consumption leads to a faster reduction of the state of charge of the battery of the user equipment and is considered as a second disadvantage.

Die US 8,614,994 B2 offenbart ein Verfahren zur Kommunikation mit einem LTE/E-UTRA-Netzwerk. Aus diesem Dokument ist bekannt, verschiedene Sampling-Raten zu verwenden, um eine Synchronisation auf der Basis von Primären Synchronisationssignalen durchzuführen und Sekundäre Synchronisationssignale zu detektieren, wobei die Sampling-Rate für die Synchronisation auf der Basis von Primären Synchronisationssignalen kleiner ist als die für die Detektion von Sekundären Synchronisationssignalen. Dadurch wird die von einem Nutzergerät benötigte Speicherkapazität für die Synchronisation reduziert.The US 8,614,994 B2 discloses a method for communicating with an LTE / E-UTRA network. It is known from this document to use different sampling rates to perform synchronization based on primary synchronization signals and to detect secondary synchronization signals, where the sampling rate is based on primary synchronization Synchronization signals is smaller than that for the detection of secondary synchronization signals. This reduces the memory capacity required by a user device for synchronization.

Die US 2012/0281629 A1 offenbart ein Verfahren zum Detektieren von Primären Synchronisationssignalen in einem LTE-System. Das Verfahren umfasst die direkte Erzeugung einer Sequenz von lokalen Primären Synchronisationssignalen mit gleicher Amplitude in der Zeitdomäne als abgestimmter Filter und eine Front-End-Verarbeitung eines von einem Nutzergerät empfangenen Signals. Dadurch wird die von einem Nutzergerät für die Detektion von Primären Synchronisationssignalen benötigte Speicherkapazität und ferner die Berechnungskomplexität reduziert, insbesondere bei einem Multikanal-Paralleldetektions-Schema. Die Sequenz Primärer Synchronisationssignale wird aus einem Produkt zweier E-Funktionen gebildet.The US 2012/0281629 A1 discloses a method for detecting primary synchronization signals in an LTE system. The method comprises directly generating, in the time domain, a sequence of local primary synchronization signals in the time domain as a matched filter and front-end processing of a signal received from a user equipment. Thereby, the memory capacity required by a user device for the detection of primary synchronization signals and further the computational complexity is reduced, in particular in a multi-channel parallel detection scheme. The sequence of primary synchronization signals is formed from a product of two E functions.

Bezüglich der oben genannten Nachteile besteht die von der Erfindung zu lösende Aufgabe in einer signifikanten Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Synchronisationsverfahrens bei drahtlosen Kommunikationsnetzwerken, welche Synchronisationssignale verwenden, insbesondere LTE und LTE-advanced Netzwerke, hinsichtlich des Energie- und Zeitverbrauches.With regard to the above-mentioned disadvantages, the problem to be solved by the invention is a significant improvement in the performance of the synchronization method in wireless communication networks which use synchronization signals, in particular LTE and LTE-advanced networks, in terms of energy and time consumption.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches wenigstens die Schritte

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

umfasst.This object is achieved by a method which comprises at least the steps

Quantizing the synchronization signal to obtain a particularly quantized synchronization signal,
Cross-correlating the particularly quantized synchronization signal with the downsampled digital signal or the original digital signal,
Accumulate the result of this cross correlation and
- Stop this cross-correlation with or without a special stop criterion

includes.

Gemäß dem erfinderischen Verfahren wird das Synchronisationssignal in einer besonderen Weise quantisiert, was einer der Hauptaspekte der vorliegenden Erfindung ist, da das Synchronisationssignal durch eine reduzierte Anzahl von Werten angenähert wird, und da die Quantisierung derart gewählt werden kann, dass die Verarbeitung des quantisierten Synchronisationssignals eine reduzierte Anzahl komplexer Multiplikationen oder gar überhaupt keine komplexen Multiplikationen erfordert. Im Ergebnis wird ein besonders quantisiertes Synchronisationssignal erhalten. Im nächsten Schritt wird das besonders quantisierte Synchronisationssignal mit dem heruntergesampelten digitalen Signal, welches von dem Nutzergerät empfangen wurde oder dem ursprünglichen digitalen Signal, welches von dem Nutzergerät empfangen wurde, kreuzkorreliert. Das Ergebnis der Kreuzkorrelation enthält das gesuchte Synchronisationssignal in der Zeitdomäne als ein Peak. Wenn die Position des Synchronisationssignals oder die Positionen der Synchronisationssignale in der Zeitdomäne bekannt sind, kann der Startsample eines Frames oder eines Abschnitts desselben bestimmt werden, da die zeitliche Relation zwischen dem Synchronisationssignal und dem Sample eines Frames des digitalen Signals bekannt ist, beispielsweise aus dem entsprechenden Standard, wie dem 3G-Standard.According to the inventive method, the synchronization signal is quantized in a special way, which is one of the main aspects of the present invention, since the synchronization signal is approximated by a reduced number of values, and since the quantization can be chosen such that the processing of the quantized synchronization signal reduced number of complex multiplications or even no complex multiplications at all. As a result, a particularly quantized synchronization signal is obtained. In the next step, the particularly quantized synchronization signal is cross-correlated with the downsampled digital signal received from the user equipment or the original digital signal received from the user equipment. The result of the cross-correlation contains the searched synchronization signal in the time domain as a peak. When the position of the synchronization signal or the positions of the synchronization signals in the time domain are known, the start sample of a frame or a portion thereof can be determined since the timing relationship between the synchronization signal and the sample of a frame of the digital signal is known, for example from the corresponding one Standard, like the 3G standard.

Abhängig von dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis mag es jedoch notwendig sein, mehrere solcher Kreuzkorrelationsergebnisse zu akkumulieren, um den gesuchten Peak zu identifizieren, das heißt das oder die Synchronisationssignale. Solch eine Akkumulation ist notwendig, um das gesuchte Synchronisationssignal als Peak in der Zeitdomäne eindeutig zu identifizieren. Aus dem Ergebnis dieser Akkumulation von Kreuzkorrelationsergebnissen kann bestimmt werden, wo genau das Synchronisationssignal sich innerhalb eines Frames befindet und folglich kann die Synchronisation des Nutzergerätes durchgeführt werden. Möglicherweise müssen zur Durchführung der Synchronisation eines Nutzergerätes ein oder mehrere weitere Synchronisationssignale innerhalb eines Frames des digitalen Signals detektiert und verarbeitet werden.However, depending on the signal-to-noise ratio, it may be necessary to accumulate several such cross-correlation results to identify the peak sought, that is, the one or more synchronization signals. Such an accumulation is necessary to uniquely identify the sought synchronization signal as a peak in the time domain. From the result of this accumulation of cross-correlation results, it can be determined exactly where the synchronization signal is within a frame, and hence the synchronization of the user equipment can be performed. It may be necessary to detect and process one or more further synchronization signals within a frame of the digital signal in order to carry out the synchronization of a user device.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Synchronisation eines Nutzergerätes verwendet werden, welches versucht, Zugriff auf ein LTE- oder LTE-advanced-Netzwerk zu erhalten, wobei das Synchronisationssignal vorzugsweise das Primäre Synchronisationssignal eines solchen Netzwerkes ist. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf LTE- oder LTE-advanced-Netzwerke beschränkt, sondern kann ebenso für zukünftige Entwicklungen von LTE-Systemen, beispielsweise 5G, verwendet werden. Darüber hinaus umfasst der in der vorliegenden Beschreibung verwendete Begriff „Nutzergerät” nicht nur Nutzergeräte gemäß den derzeitigen LTE-Systemen, sondern ebenfalls in dem Internet-of-Things(IOT)-Netzwerk verteilte Drahtlos-Knoten zukünftiger Systeme.The method according to the invention can be used to synchronize a user device which attempts to gain access to an LTE or LTE advanced network, wherein the synchronization signal is preferably the primary synchronization signal of such a network. However, the method according to the present invention is not limited to LTE or LTE advanced networks, but may also be used for future developments of LTE systems such as 5G. Moreover, the term "user equipment" used in the present specification includes not only user equipment according to the current LTE systems but also wireless nodes of future systems distributed in the Internet of Things (IOT) network.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird das besonders quantisierte Synchronisationssignal durch Berechnung des Realteils des besonders quantisierten Synchronisationssignals S ~_SS,real aus

und der Imaginärteil des besonders quantisierten Synchronisationssignals

S ~_SS,imag

aus

berechnet, wobei n die Sampel-Anzahl, || || ein den Absolutbetrag ausgebender Operator, [ ] ein eine ganze Zahl ausgebender Rundungsoperator,

S ~_SS,real

der Realteil des vorverzerrten oder ursprünglichen Synchronisationssignals und

S ~_SS,imag

der Imaginärteil des vorverzerrten oder ursprünglichen Synchronisationssignals ist. In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the particularly quantized synchronization signal is calculated by calculating the real part of the particularly quantized synchronization signal

S ~ _{SS, real}

out

and the imaginary part of the particularly quantized synchronization signal

S ~ _{SS, imag}

out

where n is the number of samples, || || an absolute-value output operator, [] an integer-type rounding operator,

S ~ _{SS, real}

the real part of the predistorted or original synchronization signal and

S ~ _{SS, imag}

is the imaginary part of the predistorted or original synchronization signal.

Durch solch eine Quantisierung sind sowohl der Realteil als auch der Imaginärteil des Synchronisationssignals eine Potenz von 2. Jeder Sample des quantisierten Synchronisationssignals hat nur ein von 0 verschiedenen Bit zusätzlich zu dem Vorzeichenbit, sodass die Kreuzkorrelation mittels einer einfachen Single-Bitshift-Operation durchgeführt werden kann, anstatt von Multiplikationen und also ohne komplexe Multiplikationen. Ferner führt diese Quantisierung zu einer sehr guten Reproduktion des Synchronisationssignals. Ein Vergleich zwischen dem heruntergesampelten Synchronisationssignals und dem gemäß der obigen Formeln quantisierten Synchronisationssignal ist in 2 gegeben. Diese Ausführungsform zum Erhalten eines besonders quantisierten Synchronisationssignals kann zusammen mit anderen Aspekten der Erfindung verwendet werden oder ohne diese, da diese Ausführungsform auch zur Reduktion der Komplexität beiträgt, wenn sie allein verwendet wird.By such a quantization, both the real part and the imaginary part of the sync signal are a power of 2. Each sample of the quantized sync signal has only one non-zero bit in addition to the sign bit, so that the cross-correlation can be performed by a simple single-bit shift operation instead of multiplication and thus without complex multiplication. Furthermore, this quantization leads to a very good reproduction of the synchronization signal. A comparison between the sampled down synchronization signal and the synchronization signal quantized according to the above formulas is in FIG 2 given. This embodiment for obtaining a particularly quantized synchronization signal may or may not be used with other aspects of the invention, as this embodiment also contributes to the reduction of complexity when used alone.

Die Erfindung stellt ferner ein neues Vorgehen zum Heruntermischen und Heruntersampeln eines von einem Nutzergerät empfangenen digitalen Signals zur Verfügung, welches auch ein Multistufen-Heruntermischen und -Heruntersampeln ermöglicht. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren Heruntermischen und Heruntersampeln durch Multiplizieren des von dem Nutzergerät empfangenen digitalen Signals mit einer Eintonwelle c(n) in der Form

und Zuführen des dadurch erhaltenen Ergebnisses zu einem CIC („cascaded integrator comb”) Filter, wobei n die Sampel-Anzahl, j die Imaginärzahl und ττ die Kreiskonstante sind.The invention further provides a new approach to downmixing and down-sampling a digital signal received from a user equipment, which also allows multistage down-mixing and down-sampling. According to this aspect of the invention, the method includes downmixing and downsampling by multiplying the digital signal received from the user equipment by a one-tone wave c (n) in the form

and supplying the resulting result to a CIC ("cascaded integrator comb") filter, where n is the sample number, j is the imaginary number, and ττ is the loop constant.

Das von dem Nutzergerät empfangene digitale Signal wird demnach mit der periodischen Folge {1, j, –1, j} multipliziert und einem CIC-Filter zugeführt, weswegen keine komplexen Multiplikationen notwendig sind. Dies reduziert vorteilhaft den Energie- und Zeitverbrauch des Synchronisationsverfahrens. Wenn das Synchronisationssignal in der Umgebung von DC (Direct Current) in der Frequenzdomäne angeordnet ist, ist nur Heruntersampeln notwendig. Wenn die Mitte des Synchronisationssignals einen von Null verschiedenen Versatz von DC in der Frequenzdomäne aufweist, sind aufeinanderfolgende Stufen von Heruntermischen und Heruntersampeln notwendig, wobei die benötigte Anzahl an Stufen von dem Frequenzversatz abhängt. Heruntermischen und Heruntersampeln werden, soweit notwendig, vor den in Anspruch 1 definierten Schritten durchgeführt.Accordingly, the digital signal received from the user equipment is multiplied by the periodic sequence {1, j, -1, j} and supplied to a CIC filter, therefore no complex multiplication is necessary. This advantageously reduces the energy and time consumption of the synchronization process. When the sync signal is located in the vicinity of DC (Direct Current) in the frequency domain, only down-sampling is necessary. If the center of the synchronization signal has a nonzero offset of DC in the frequency domain, successive stages of downmixing and downsampling are necessary, with the required number of stages depending on the frequency offset. Downmixing and subsampling are, if necessary, performed prior to the steps defined in claim 1.

Im Allgemeinen ermöglicht Heruntermischen kleinere Sampling-Raten, wobei die Sampling-Rate gemäß dem Nyquits-Theorem doppelt so hoch sein muss, wie die Frequenz des Signals, welches gesampelt werden soll, um Aliaseffekte zu vermeiden. Normalerweise ist das primäre Synchronisationssignal eines LTE oder LTE-advanced-Netzwerkes bei dem DC, das heißt die Mitte des empfangenen Basisbandsignals in der Frequenzdomäne, zentriert und folglich ist Heruntermischen nicht erforderlich. Es gibt jedoch einige Anwendungen, bei welchen das primäre Synchronisationssignal nicht beim DC zentriert ist, was zu der Notwendigkeit des Heruntermischens des von einem Nutzergerät empfangenen digitalen Signals führt. Beispielsweise mag bei LTE-advanced Netzwerken, bei denen eine sogenannte Träger-Aggregation (carrier aggregation) verwendet wird, das primäre Synchronisationssignal nicht beim DC zentriert sein. Träger-Aggregation ist eine Technik, mit welcher zwei bis fünf Träger gebündelt werden, um die Datenrate pro Nutzergerät zu erhöhen. Es gibt drei Arten von Träger-Aggregation, nämlich die sogenannten „intraband contigious”, „intraband non-contigious” und „interband non-contigious” Träger-Aggregation. Eine Folge der intraband contigious Träger-Aggregation ist, dass das primäre Synchronisationssignal nicht in der Umgebung des DC zentriert ist. Daher ist ein Heruntermischen des primären Synchronisationssignals vor der weiteren Verarbeitung notwendig.In general, downsampling allows for smaller sampling rates, with the sampling rate according to the Nyquits theorem being twice as high as the frequency of the signal being sampled to avoid aliasing. Normally, the primary synchronization signal of an LTE or LTE advanced network is centered at the DC, that is, the center of the received baseband signal in the frequency domain, and thus downmixing is not required. However, there are some applications where the primary synchronization signal is not centered at the DC, resulting in the need to down-mix the digital signal received from a user equipment. For example, in LTE-advanced networks using so-called carrier aggregation, the primary synchronization signal may not be centered at the DC. Carrier aggregation is a technique by which two to five carriers are bundled to increase the data rate per user device. There are three types of carrier aggregation, namely the so-called "intraband contigious", "intraband non-contigious" and "interband non-contigious" carrier aggregation. One consequence of the intraband contigious carrier aggregation is that the primary synchronization signal is not centered in the environment of the DC. Therefore, down-mixing of the primary synchronization signal is necessary before further processing.

CIC-Filter sind in der digitalen Verarbeitung hinreichend bekannte Tiefpassfilter, welche das Ihnen zugeführte Signal mit einem festen Verhältnis heruntersampeln. CIC-Filter umfassen wenigstens eine Integratorstufe und wenigstens eine Kamm-Stufe, wobei die Anzahl an Integratorstufen und die Anzahl an Kamm-Stufen gleich ist. Folglich umfasst ein CIC-Filter wenigstens ein Paar aus einer Integratorstufe und einer Kamm-Stufe. Die Anzahl an Paaren wird Ordnung des CIC-Filters genannt. Der Vorteil der Verwendung eines CIC-Filters zum Heruntersampeln des von einem Nutzergerät empfangenen digitalen Signals ist, dass Integratorstufen und Kamm-Stufen nur aus Verzögerungselementen und Addierern bestehen und daher keine Multiplikationen erforderlich sind. Folglich reduziert die Verwendung eines CIC-Filters zum Heruntersampeln vorteilhaft den Energie- und Zeitverbrauch des von einem Nutzergerät durchgeführten Synchronisationsverfahrens. Die Kombination aus einem auf einem Viertel der Sampling-Rate basierenden Heruntermischen und einem auf einem CIC-Filter basierenden Heruntersampeln ermöglicht vorteilhaft ein Multistufen-Heruntermischen und -Heruntersampeln, wobei das Ergebnis eines ersten Heruntermisch- und Heruntersamplevorgangs einer Heruntermisch- und Heruntersample-Stufe zugeführt wird und so weiter, sodass das von dem Nutzergerät empfangene digitale Signal schrittweise ohne komplexe Multiplikationen heruntergemischt und heruntergesampelt wird, was zu einer Reduktion der Komplexität des Synchronisationsverfahrens führt und aus diesem Grunde zu einer Reduktion des Verbrauchs von Energie und Zeit. Bei einem konsekutiven Fortschreiten des Heruntermischens und Heruntersampelns kann ein digitales Signal schrittweise in die Richtung kleinerer Frequenzen und kleinerer Sampling-Raten konvertiert werden. Vorzugsweise weist der CIC-Filter die Ordnung Eins auf, da bei CIC-Filtern höherer Ordnung ein Dispersionseffekt der Zeit-Impuls-Antwort auftritt. Trotz, dass ein CIC-Filter der Ordnung Eins bevorzugt ist, da er die geringste Komplexität aufweist, können dennoch CIC-Filter höherer Ordnung verwendet werden.CIC filters are well-known in digital processing low-pass filter, which down-sample the signal supplied to you with a fixed ratio. CIC filters comprise at least one integrator stage and at least one comb stage, the number of integrator stages and the number of comb stages being equal. Thus, a CIC filter includes at least one pair of integrator stage and comb stage. The number of pairs is called the order of the CIC filter. The advantage of using a CIC filter to down-sample the digital signal received from a user equipment is that integrator stages and comb stages consist only of delay elements and adders and therefore no multiplications are required. Consequently, the use of a down-sampling CIC filter advantageously reduces the energy and time consumption of the synchronization process performed by a user equipment. The combination of sampling-rate based downmixing and CIC filter based down sampling advantageously enables multi-stage downmixing and downsampling, with the result of a first downmixing and downmatching being applied to a downmix and downmatch stage and so on, so that the digital signal received from the user equipment is gradually down-mixed and down-sampled without complex multiplication, resulting in a reduction in the complexity of the synchronization method and, therefore, a reduction in the consumption of power and time. As the downmixing and subsampling progresses sequentially, a digital signal may be progressively converted in the direction of smaller frequencies and smaller sampling rates. Preferably, the CIC filter has the order one, since in CIC filters of higher order, a dispersion effect of the time-pulse response occurs. In spite of the preference for a one-order CIC filter because it has the least complexity, higher order CIC filters can still be used.

Im Gegensatz dazu wird das Herunterampeln im Stand der Technik häufig mittels eines Filters mit endlicher Impulsantwort (FIR-Filter) durchgeführt, wobei viele komplexe Multiplikationen involviert sind, insbesondere im Falle sehr hoher Samplingraten.In contrast, prior art down-sampling is often performed by means of a finite impulse response (FIR) filter, involving many complex multiplications, especially in the case of very high sampling rates.

Diese Ausführungsform des Heruntermischens und Heruntersampelns kann zusammen mit anderen Aspekten der Erfindung oder ohne diese angewendet werden, da diese Ausführungsform auch zur Reduktion der Komplexität beiträgt, wenn sie alleine angewendet wird.This embodiment of downmixing and subsampling may be used in conjunction with or without other aspects of the invention, as this embodiment also contributes to the reduction of complexity when used alone.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren das Identifizieren des Synchronisationssignals in der Zeitdomäne durch Multiplizieren des Synchronisationssignals in der Frequenzdomäne mit dem Inversen der nicht-flachen Frequenz-Antwort des CIC-Filters, welcher für das Heruntermischen verwendet wird, und Durchführen einer inversen, diskreten Fourier-Transformation des Multiplikationsergebnisses, um das Synchronisationssignal in der Zeitdomäne zu erhalten. Solch ein besonders vorverzerrtes Synchronisationssignal wird offline berechnet, sobald der CIC-Filter entworfen ist. Diese Maßnahme hilft dem Nachteil eines CIC-Filters, welcher wie vorgenannt zum Heruntermischen verwendet wird, nämlich die nicht-flache Frequenzantwort in dem Tiefpassband, ab. Aus diesem Grund wird das Synchronisationssignal in der Frequenzdomäne vorzugsweise mit dem Inversen der Frequenzantwort des CIC-Filters, welcher zum Heruntermischen des von einem Nutzergerät empfangenen digitalen Signals verwendet wird, kompensiert, um das Synchronisationssignal in der Zeitdomäne zu erhalten. Anschließend werden die in Anspruch 1 definierten Schritte durchgeführt.In a further embodiment of the method according to the invention, the method comprises identifying the synchronization signal in the time domain by multiplying the synchronization signal in the frequency domain with the inverse of the non-flat frequency response of the CIC filter used for downmixing and performing an inverse discrete Fourier transform of the multiplication result to obtain the synchronization signal in the time domain. Such a particularly predistorted synchronization signal is calculated offline as soon as the CIC filter is designed. This measure alleviates the disadvantage of a CIC filter which is used for downmixing as mentioned above, namely the non-flat frequency response in the low-pass band. For this reason, the synchronization signal in the frequency domain is preferably compensated with the inverse of the frequency response of the CIC filter used for downmixing the digital signal received from a user equipment to obtain the synchronization signal in the time domain. Subsequently, the steps defined in claim 1 are performed.

Der oben genannte Akkumulationsprozess kann durch Verwendung eines besonderen Stoppkriteriums in der Form eines auf dem zyklischen Präfix basierendes Autokorrelations-Stoppkriterium gestoppt werden. Die Verwendung solch eines Stoppkriteriums nutzt die Tatsache aus, dass der zyklische Präfix innerhalb eines Frames häufiger verfügbar ist, das heißt 70 oder 60 Mal bei einem LTE oder LTE-advanced-Netzwerk, abhängig von der Länge des zyklischen Präfix, wobei ein langer zyklischer Präfix (long cyclic prefix) 60 Mal in jedem Frame und ein kurzer zyklischer Präfix (short cyclic prefix) 70 Mal in jedem Frame enthalten ist. Entsprechend führt solch ein Stoppkriterium in Verbindung mit dem genannten Akkumulationsprozess zu einer besseren Synchronisationsleistungsfähigkeit gegenüber dem Stand der Technik hinsichtlich des Zeitverbrauchs.The above-mentioned accumulation process can be stopped by using a special stop criterion in the form of a cyclic prefix-based autocorrelation stop criterion. The use of such a stop criterion takes advantage of the fact that the cyclic prefix is more frequently available within a frame, that is 70 or 60 times for an LTE or LTE advanced network, depending on the length of the cyclic prefix, with a long cyclic prefix (long cyclic prefix) is included 60 times in each frame and a short cyclic prefix 70 times in each frame. Accordingly, such a stopping criterion in connection with said accumulation process results in a better synchronization performance over the prior art in terms of time consumption.

Die Verwendung solch eines auf einem zyklischen Präfix basierenden Autokorrelations-Stoppkriteriums kann durch folgenden Akkumulationsprozess realisiert werden, welcher ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung umfasst das Identifizieren eines Startsamples eines Frames oder Abschnittes davon als Kreuzkorrelations-Peak einen Akkumulationsprozess mit einem durch Ausnutzung der Autokorrelationseigenschaften eines auf einem zyklischen Präfix basierenden Systems abgesicherten Stoppkriterium, wobei der Akkumulationsprozess die Schritte

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

The use of such a cyclic prefix-based autocorrelation stop criterion can be realized by the following accumulation process, which is another aspect of the present invention. According to this aspect of the invention, identifying a start sample of a frame or portion thereof as a cross-correlation peak comprises an accumulation process with one Exploiting the autocorrelation properties of a cyclic prefix-based system-secured stop criterion, where the accumulation process is the steps

Generating a first accumulation by accumulating squared cross-correlation vectors calculated from a plurality of frames or portions thereof and the quantized synchronization signal until the maximum value of the first accumulation is greater than a value,
Generating a second accumulation based on cyclic prefix length known to the user equipment by accumulating cyclic prefix autocorrelations of the frame received from the user equipment or a portion thereof or generating a second accumulation based on the hypothesis of a short cyclic prefix length and a third on the hypothesis of a long accumulation cyclic prefix-length-based accumulation by accumulating cyclic prefix autocorrelations of the frame or portion thereof received by the user equipment
Either continuing the first accumulation when neither the second nor the third accumulation converges, or setting the maximum value of the first accumulation as a start sample of the last frame received by the user equipment or a portion thereof in the time domain, where the purpose of the second and third accumulations is to ensure that the maximum value of the first accumulation belongs to the correct peak.

Die zweite und dritte Akkumulation werden zur Realisierung eines Stoppkriteriums für die erste Akkumulation verwendet, das heißt die Akkumulation von Kreuzkorrelationsvektoren, welche durch das Kreuzkorrelieren des besonders quantisierten Synchronisationssignals mit dem von dem Nutzergerät empfangenen heruntergemischten digitalen Signal oder dem von dem Nutzergerät empfangenen ursprünglichen digitalen Signal erhalten werden. In Fällen, in denen die zyklische Präfixlänge dem Nutzergerät bekannt ist, wird nur eine zweite Akkumulation durchgeführt. In Fällen, in denen die zyklische Präfixlänge unbekannt ist, werden eine zweite und eine dritte Akkumulation durchgeführt, wobei die zweite Akkumulation auf der Hypothese einer kurzen zyklischen Präfixlänge und die dritte Akkumulation auf der Hypothese einer langen zyklischen Präfixlänge basieren. Folglich werden in letzterer Situation zwei Akkumulationen zyklischer Präfix-Autokorrelationen gleichzeitig durchgeführt. Wenn die zweite Akkumulation konvergiert, ist die zyklische Präfixlänge zu kurz bestimmt und der Maximalwert der ersten Akkumulation wird als Startsample des letzten von dem Nutzergerät empfangenen Frames oder eines Abschnittes davon in der Zeitdomäne gesetzt. Wenn die dritte Akkumulation konvergiert, ist die zyklische Präfixlänge zu lang bestimmt und der Maximalwert der ersten Akkumulation wird als Startsample des letzten von dem Nutzergerät empfangenen Frames oder eines Abschnittes davon in der Zeitdomäne gesetzt. Die zweite Akkumulation ist statthaft in einem System, bei welchem ein zyklischer Präfix existiert, wie OFDM verwendende Systeme.The second and third accumulations are used to realize a first accumulation stop criterion, that is, the accumulation of cross-correlation vectors obtained by cross-correlating the particularly quantized synchronization signal with the down-converted digital signal received from the user equipment or the original digital signal received from the user equipment become. In cases where the cyclic prefix length is known to the user equipment, only a second accumulation is performed. In cases where the cyclic prefix length is unknown, a second and a third accumulation are performed, the second accumulation being based on the hypothesis of a short cyclic prefix length and the third accumulation being based on the hypothesis of a long cyclic prefix length. Consequently, in the latter situation, two accumulations of cyclic prefix autocorrelations are performed simultaneously. When the second accumulation converges, the cyclic prefix length is too short and the maximum value of the first accumulation is set as a start sample of the last frame received by the user equipment or a portion thereof in the time domain. When the third accumulation converges, the cyclic prefix length is too long and the maximum value of the first accumulation is set as the start sample of the last frame received by the user equipment or a portion thereof in the time domain. The second accumulation is allowed in a system where a cyclic prefix exists, such as OFDM-using systems.

Dieser Akkumulationsprozess zum Identifizieren eines Startsamples eines Frames oder Abschnittes davon kann zusammen mit anderen Aspekten der Erfindung verwendet werden oder ohne diese, da dieser Akkumulationsprozess besonders zuverlässig beim Identifizieren eines Peaks von Kreuzkorrelationen als der gesuchte Peak ist.This accumulation process for identifying a start sample of a frame or portion thereof may or may not be used in conjunction with other aspects of the invention, since this accumulation process is particularly reliable in identifying a peak of cross correlations as the peak sought.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Identifizieren eines Startsamples eines Frames oder Abschnittes davon durch Berechnen der Kreuzkorrelation zwischen dem besonders quantisierten Synchronisationssignal und einem Abschnitt mit einer Länge, welche gleich der Hälfte einer Framelänge ist, durchgeführt. Dies ist insbesondere der Fall bei LTE oder LTE-advanced-Netzwerken, da das primäre Synchronisationssignal zweimal pro Frame vorhanden ist, das heißt einmal pro Halbframe. Darum kann die Kreuzkorrelation zum Zwecke der Synchronisierung unter Verwendung eines Halbframes des von einem Nutzergerät empfangenen digitalen Signals durchgeführt werden, was zu einer besseren Synchronisationsleistungsfähigkeit hinsichtlich des Zeitverbrauches führt.According to another embodiment of the invention, identifying a start sample of a frame or portion thereof is performed by calculating the cross-correlation between the particularly quantized synchronization signal and a portion having a length equal to half a frame length. This is particularly the case with LTE or LTE advanced networks because the primary synchronization signal is present twice per frame, that is once per half frame. Therefore, the cross-correlation for the purpose of synchronization can be performed by using a half-frame of the digital signal received from a user equipment, resulting in a better synchronization performance in terms of the time consumption.

Ferner können die Elemente eines zu verarbeitenden Kreuzkorrelationsvektors gemäß der Erfindung vor der weiteren Verarbeitung quadriert werden, woraus ein quadrierter Kreuzkorrelationsvektor resultiert, was sich besonders für die Akkumulation von Kreuzkorrelationsvektoren eignet.Furthermore, the elements of a cross-correlation vector to be processed according to the invention may be squared prior to further processing, resulting in a squared cross-correlation vector, which is particularly suitable for the accumulation of cross-correlation vectors.

Bei LTE oder LTE-advanced-Netzwerken wir die Synchronisation eines Nutzergerätes durch Bestimmen der Position (in der Zeitdomäne) des primären Synchronisationssignals in dem Halbframe und Ermitteln der Zell-Sektoridentität daraus erreicht. Anschließend kann die Zellgruppenidentität durch Detektion des sekundären Synchronisationssignals, mit welchem ebenfalls der Anfang eines Frames (in der Zeitdomäne) aufgrund der bekannten Differenz zwischen benachbarten sekundären Synchronisationssignalen innerhalb eines Frames bestimmt werden kann, erreicht. Nach der Detektion sowohl des primären als auch des sekundären Synchronisationssignals wird die Frame-Synchronisation durchgeführt und die Zellidentität N cell / ID ermittelt.In LTE or LTE advanced networks, synchronization of a user equipment is achieved by determining the position (in the time domain) of the primary synchronization signal in the half frame and determining the cell sector identity therefrom. Subsequently, the cell group identity can be achieved by detecting the secondary synchronization signal, with which also the beginning of a frame (in the time domain) can be determined based on the known difference between adjacent secondary synchronization signals within a frame. After detection of both the primary and secondary synchronization signals, the frame synchronization is performed and the cell identity N cell / ID determined.

Wenn auch Bezug genommen wurde auf das primäre Synchronisationssignal eines LTE oder LTE-advanced Netzwerkes, kann das Synchronisationssignal gleichwohl jedes Zadoff-Chu-artige Synchronisationssignal oder eine noch andere Art eines Synchronisationssignals sein, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Synchronisationssignal jedoch das Primäre Synchronisationssignal eines LTE oder LTE-advanced-Netzwerkes. While reference has been made to the primary synchronization signal of an LTE or LTE-advanced network, the synchronization signal may nevertheless be any Zadoff-Chu-like synchronization signal or other type of synchronization signal without departing from the scope of the present invention. However, in a preferred embodiment, the synchronization signal is the primary synchronization signal of an LTE or LTE advanced network.

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren weiter unter Bezugnahme auf Figuren erklärt, wobei die beschriebenen Ausführungsformen die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei LTE und LTE-advanced-Netzwerken betreffen. Das Verfahren kann jedoch ebenfalls bei anderen drahtlosen Kommunikationsnetzwerken angewendet werden.In the following, the method according to the invention will be explained further with reference to figures, wherein the described embodiments relate to the application of the method according to the invention in LTE and LTE advanced networks. However, the method can also be applied to other wireless communication networks.

1 ist ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 is a block diagram of a first embodiment of the method according to the invention,

2 ist ein Vergleich zwischen dem Realteil eines ursprünglichen Primären Synchronisationssignals eines LTE-Netzwerkes mit dem Realteil des besonders quantisierten Primären Synchronisationssignals, 2 is a comparison between the real part of an original primary synchronization signal of an LTE network with the real part of the particularly quantized primary synchronization signal,

3 ist ein Blockdiagramm des Akkumulationsprozesses gemäß der Erfindung, 3 is a block diagram of the accumulation process according to the invention,

4 zeigt Simulationsergebnisse einer Zeitsynchronisation mittels des Primären Synchronisationssignals eines LTE-Netzwerkes, 4 shows simulation results of a time synchronization by means of the primary synchronization signal of an LTE network,

5 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und 5 is a block diagram of another embodiment of the method according to the invention and

6 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 6 is a block diagram of another embodiment of the method according to the invention.

1 zeigt ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches zur Synchronisation eines Nutzergerätes in traditionellen LTE-Systemen verwendet wird. Das primäre Synchronisationssignal ist in der Mitte des DC angeordnet und folglich ist kein Heruntermischen erforderlich. Heruntersampeln des zugefügten digitalen Signals ist jedoch weiterhin notwendig, um die Standard-Input-Samplingrate von 30.72 Msps (million samples per second) auf 1.92 Msps herunterzubringen. Das Heruntersampeln wird mittels eines CIC-Filters der Ordnung Eins erreicht. CIC steht für „cascaded integrator comb” wie oben ausgeführt. Ein CIC-Filter besteht aus Paaren von Integratorstufen und Kammstufen, wobei jedes Paar aus einer Integratorstufe und einer Kammstufe besteht. Die Anzahl dieser Paare definiert die Ordnung des CIC-Filters. Von dem Erfinder durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, dass ein CIC-Filter der Ordnung Eins geeignet ist zur Verwendung bei der LTE-Zeitsynchronisation. CIC-Filter höherer Ordnungen als Eins weisen nachteilhaft einen Dispersionseffekt der Zeit-Impuls-Antwort auf. Da die Frequenzantwort eines CIC-Filters im Tiefpassband nicht-flach ist, wird das primäre Synchronisationssignal in der Frequenzdomäne mit dem Inversen der Frequenzantwort des CIC-Filters, welcher zum Heruntersampeln verwendet wird, kompensiert. Anschließend wird eine inverse diskrete Fourier-Transformation des kompensierten Primären Synchronisationssignals berechnet, woraus das kompensierte Primäre Synchronisationssignal in der Zeitdomäne resultiert. Das kompensierte Primäre Synchronisationssignal in der Zeitdomäne ist in 1 mit „gefenstertes PSS” bezeichnet. Im nächsten Schritt wird das kompensierte primäre Synchronisationssignal in einer besonderen Weise quantisiert (in der Zeitdomäne), wobei der Realteil des besonders quantisierten Synchronisationssignals gemäß

und der Imaginärteil des besonders quantisierten Synchronisationssignals gemäß

berechnet wird, wobei n die Sample-Anzahl, || || ein in dem Absolutbetrag resultierender Operator, [ ] ein in einer ganzen Zahl resultierender Rundungsoperator,

S ~_PSS,real

der Realteil des vorverzerrten oder ursprünglichen Primären Synchronisationssignals und

S ~_PSS,imag

der Imaginärteil des vorverzerrten oder ursprünglichen Primären Synchronisationssignals ist. Im letzten Schritt wird das besonders quantisierte Primäre Synchronisationssignal mit einem Abschnitt eines Frames des zugeführten (von einem Nutzergerät empfangenen) digitalen Signals mit einer Länge von 5 ms, wobei es sich um einen Halbframe bei LTE-Netzwerken handelt, kreuzkorreliert. Das Kreuzkorrelations-Ergebnis resultiert in einem Kreuzkorrelationsvektor, welcher mehrere Kreuzkorrelationselemente umfasst. Falls eines dieser Elemente größer ist als ein voreingestellter Schwellenwert, wird dieses Element als Start-Sample des Halbframes in der Zeitdomäne angesehen. Wenn der Startsample des Halbframes in der Zeitdomäne einem Nutzergerät bekannt ist, kann die Zeitsynchronisation des Nutzergerätes vollendet werden, weil die Frames in der Zeitdomäne eine feste Länge aufweisen. Die Zeitsynchronisation ermöglicht es dem Nutzergerät, die von einer Basisstation gesendeten Symbole zu lesen und Daten an die Basisstation zu senden. Falls das Signal zu Rauschverhältnis des digitalen Signals niedrig ist, kann der vorgenannte und in 3 dargestellte Akkumulationsprozess angewendet werden, um den Startsample eines Halbframes zu finden. 1 shows a block diagram of a first embodiment of the inventive method, which is used for synchronization of a user device in traditional LTE systems. The primary synchronization signal is located in the center of the DC, and thus no downmixing is required. However, down sampling of the added digital signal is still necessary to bring down the standard input sampling rate from 30.72 Msps (million samples per second) to 1.92 Msps. The subsampling is achieved by means of a CIC filter of order one. CIC stands for "cascaded integrator comb" as stated above. A CIC filter consists of pairs of integrator stages and comb stages, each pair consisting of an integrator stage and a comb stage. The number of these pairs defines the order of the CIC filter. Research conducted by the inventor has shown that an order 1 CIC filter is suitable for use in LTE time synchronization. CIC filters of higher orders than one disadvantageously have a dispersion effect of the time-pulse response. Since the frequency response of a CIC filter in the low-pass band is non-flat, the primary synchronization signal in the frequency domain is compensated with the inverse of the frequency response of the CIC filter used for down-sampling. Subsequently, an inverse discrete Fourier transform of the compensated primary synchronization signal is calculated, resulting in the compensated primary synchronization signal in the time domain. The compensated primary synchronization signal in the time domain is in 1 labeled "fenestrated PSS". In the next step, the compensated primary synchronization signal is quantized (in the time domain) in a special way, with the real part of the particularly quantized synchronization signal in accordance with

and the imaginary part of the particularly quantized synchronization signal according to

where n is the number of samples, || || an operator resulting in the absolute value, [] a rounding operator resulting in an integer,

S ~ _{PSS, real}

the real part of the predistorted or original primary synchronization signal and

S ~ _{PSS, imag}

is the imaginary part of the predistorted or original primary synchronization signal. In the final step, the particularly quantized primary synchronization signal is cross-correlated with a portion of a frame of the supplied (user-machine-received) 5ms digital signal, which is a half-frame in LTE networks. The cross-correlation result results in a cross-correlation vector which has several Cross correlation elements comprises. If one of these elements is greater than a preset threshold, this element is considered the starting sample of the time-domain half-frame. If the start sample of the half-frame in the time domain is known to a user device, the time synchronization of the user device can be completed because the frames in the time domain have a fixed length. Time synchronization allows the user equipment to read the symbols sent by a base station and to send data to the base station. If the signal to noise ratio of the digital signal is low, the aforementioned and in 3 shown accumulation process can be applied to find the start sample of a half-frame.

2 zeigt einen Vergleich zwischen dem Realteil des ursprünglichen Primären Synchronisationssignals und dem Realteil des besonders quantisierten Primären Synchronisationssignals. Es ist zu sehen, dass die Quantisierung in einer sehr guten Reproduktion des Primären Synchronisationssignals resultiert, sodass das quantisierte Synchronisationssignal zur weiteren Verarbeitung, das heißt für die Kreuzkorrelation, verwendet werden kann. 2 shows a comparison between the real part of the original primary synchronization signal and the real part of the extra quantized primary synchronization signal. It can be seen that the quantization results in a very good reproduction of the primary synchronization signal, so that the quantized synchronization signal can be used for further processing, that is for the cross-correlation.

3 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Akkumulationsprozesses, welcher Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens sein kann. Der Akkumulationsprozess ist notwendig, falls das Signal-zu-Rausch-Verhältnis niedrig ist, das heißt, dass die Qualität des zugeführten digitalen Signals schlecht ist. In solch einem Fall werden zumindest zwei Ergebnisse von Kreuzkorrelationen zwischen dem empfangenen, besonders quantisierten Primären Synchronisationssignal und mehreren Halbframes des von einem Nutzergerät empfangenen digitalen Signals akkumuliert, das heißt aufsummiert, wobei jede Kreuzkorrelation in einem Kreuzkorrelationsvektor, bestehend aus mehreren Elementen, resultiert. Diese erste Akkumulation wird fortgesetzt, bis ihr Maximalwert größer ist als ein voreingestellter Schwellenwert Y. Um zu bestätigen, dass der Maximalwert der ersten Akkumulation tatsächlich der Startsample eines Halbframes ist, wird eine zweite Akkumulation und eine dritte Akkumulation erzeugt. Bei den zweiten und dritten Akkumulationen werden zyklische Präfix-Autokorrelationen des Halbframes akkumuliert, das heißt aufsummiert, wobei die zweite Akkumulation auf der Hypothese einer kurzen zyklischen Präfixlänge basiert und die dritte Akkumulation auf der Hypothese einer langen zyklischen Präfixlänge basiert. Wenn die zweite Akkumulation konvergiert, wird der Maximalwert der ersten Akkumulation als Startsample in der Zeitdomäne des von dem Nutzergerät empfangenen Halbframes gesetzt und die zyklische Präfixlänge zu kurz ermittelt. Wenn andererseits die dritte Akkumulation konvergiert, wird der Maximalwert der ersten Akkumulation als der Startsample in der Zeitdomäne des letzten von dem Nutzergerät empfangenen Halbframes gesetzt und die zyklische Präfixlänge zu lang ermittelt. Anderenfalls wird die erste Akkumulation fortgesetzt, das heißt weitere Kreuzkorrelationen zwischen einem besonders quantisierten Primären Synchronisationssignal und von dem Nutzergerät empfangene Halbframes werden akkumuliert und optional der Schwellenwert erhöht. Der Vorteil von zyklischer Präfix-Autokorrelation gegenüber traditionellem schwellenwertbasierten Verfahren ist, dass der zyklische Präfix häufiger verfügbar ist als das Primäre Synchronisationssignal. Bei LTE oder LTE-advanced-Netzwerken umfasst jeder Halbframe 70 oder 60 zyklische Präfixe (7 oder 6 zyklische Präfixe pro Slot, 2 Slots pro Subframe, 5 Subframes pro Halbframe), wohingegen jeder Halbframe nur ein Primäres Synchronisationssignal beinhaltet. Darum werden die Halbframes für diesen Akkumulationsprozess bei LTE und LTE-advanced-Netzwerken verwendet. 3 FIG. 12 is a block diagram of one embodiment of an accumulation process which may be part of the method of the invention. The accumulation process is necessary if the signal-to-noise ratio is low, that is, the quality of the input digital signal is poor. In such a case, at least two results of cross-correlations between the received, particularly quantized primary synchronization signal and a plurality of half-frames of the digital signal received from a user equipment are accumulated, that is summed, resulting in each cross-correlation in a cross-correlation vector consisting of multiple elements. This first accumulation is continued until its maximum value is greater than a preset threshold Y. To confirm that the maximum value of the first accumulation is actually the start sample of a half frame, a second accumulation and a third accumulation are generated. In the second and third accumulations, half-frame cyclic prefix autocorrelations are accumulated, that is summed up, the second accumulation being based on the hypothesis of a short cyclic prefix length and the third accumulation being based on the hypothesis of a long cyclic prefix length. When the second accumulation converges, the maximum value of the first accumulation is set as a start sample in the time domain of the half frame received from the user equipment, and the cyclic prefix length is determined too short. On the other hand, when the third accumulation converges, the maximum value of the first accumulation is set as the start sample in the time domain of the last half frame received from the user equipment, and the cyclic prefix length is too long. Otherwise, the first accumulation is continued, that is to say further cross-correlations between a particularly quantized primary synchronization signal and half-frames received by the user device are accumulated and, optionally, the threshold value is increased. The advantage of cyclic prefix autocorrelation over traditional threshold based methods is that the cyclic prefix is available more frequently than the primary synchronization signal. For LTE or LTE advanced networks, each half frame comprises 70 or 60 cyclic prefixes (7 or 6 per slot, 2 slots per subframe, 5 subframes per half frame), whereas each half frame contains only one primary synchronization signal. Therefore, the half frames are used for this accumulation process in LTE and LTE advanced networks.

4 zeigt Simulationsergebnisse der Zeitsynchronisation eines Nutzergerätes mittels des Primären Synchronisationssignals eines LTE-Netzwerkes. Das Primäre Synchronisationssignal ist bei DC zentriert, das heißt, dass kein Heruntermischen des zugeführten digitalen Signals notwendig ist. „PSS quantisiert” zeigt an, ob das besonders quantisierte Primäre Synchronisationssignal für die Simulation verwendet wurde. „FREQ offset” ist der normalisierte Trägerfrequenz-Versatz, welcher die Differenz der Trägerfrequenz zwischen Sender und Empfänger ist, das heißt zwischen der Basisstation und einem Nutzergerät. Der normalisierte Trägerfrequenz-Versatz ist größer als –0.5 und kleiner als 0.5. 4 zeigt die Abhängigkeit zwischen der für die Synchronisation eines Nutzergerätes notwendigen Erfassungszeit und dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Ein kleines Signal-zu-Rausch-Verhältnis führt zu einer größeren Erfassungszeit, da mehr Kreuzkorrelationen akkumuliert werden müssen. Da für diesen Akkumulationsprozess vorzugsweise Halbframes verwendet werden, ist die Erfassungszeit ein Vielfaches von 5 ms. Was der 4 entnommen werden kann ist, dass das Verfahren zur Synchronisation gemäß der Erfindung in einer akzeptabel kurzen Zeitspanne durchgeführt werden kann, selbst bei einem Signal-zu-Rausch-Verhältnis von –10 dB. Darüber hinaus vergrößert die Quantisierung die Erfassungszeit nicht, wenn das Signal-zu-Rausch-Verhältnis größer ist als –6 db. Schließlich ist nur ein kleiner Einfluss des Trägerfrequenz-Versatzes vorhanden, was bedeutet, dass ein größerer Trägerfrequenz-Versatz nur zu einer akzeptabel größeren Erfassungszeit führt. 4 shows simulation results of the time synchronization of a user device by means of the primary synchronization signal of an LTE network. The primary synchronization signal is centered at DC, that is, no downmixing of the input digital signal is necessary. "PSS quantized" indicates whether the specially quantized primary synchronization signal was used for the simulation. "FREQ offset" is the normalized carrier frequency offset, which is the difference in carrier frequency between transmitter and receiver, that is, between the base station and a user equipment. The normalized carrier frequency offset is greater than -0.5 and less than 0.5. 4 shows the relationship between the time required for the synchronization of a user equipment detection time and the signal-to-noise ratio. A small signal-to-noise ratio results in a longer acquisition time as more cross-correlations must be accumulated. Since half-frames are preferably used for this accumulation process, the detection time is a multiple of 5 ms. What the 4 It can be seen that the method of synchronization according to the invention can be carried out in an acceptably short period of time, even at a signal-to-noise ratio of -10 dB. In addition, the quantization does not increase the detection time if the signal-to-noise ratio is greater than -6 db. Finally, there is only a small impact of the carrier frequency offset, which means that a larger carrier frequency offset will only result in an acceptably longer acquisition time.

5 zeigt ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In dieser Ausführungsform umfasst das Verfahren einen zusätzlichen Schritt des Heruntermischens eines zugeführten digitalen Signals vor dem Heruntersampeln desselben (siehe 1), welches Heruntermischen notwendig ist, wenn das Primäre Synchronisationssignal nicht bei DC zentriert ist. Diese Situation ist beispielsweise der Fall, wenn ein Nutzergerät im „TV white space” angewendet wird. Der Ausdruck „TV white space” nimmt Bezug auf Televisionsdiensten zugeordnete Frequenzen, welche an der derzeitigen Position des Nutzergerätes nicht verwendet werden. In den meisten Ländern Europas und in China hat jeder TV-Kanal eine Bandbreite von 8 MHz, wo hingegen LTE eine Bandbreite von 20 MHz hat und darum drei Mittenfrequenzen von TV-Kanälen abdeckt, nämlich –8 MHz, 0 MHz und 8 MHz. Wenn die Synchronisation eines Nutzergerätes bei einem lokalen LTE-Netzwerk bei Mittenfrequenzen von –8 MHz und 8 MHz durchgeführt wird, muss digitales Heruntermischen angewendet werden. Das Heruntermischen wird erreicht durch Multiplikation des zugeführten digitalen Signals mit einer Eintonwelle in der Form

wobei n die Sample-Anzahl, j die Imaginärzahl und ττ die Kreiskonstante ist. Wie oben erklärt, ist der Wert von c(n) 1, j, –1 oder –j und folglich werden keine komplexen Multiplikationen benötigt, wenn das digitale Signal mit c(n) multipliziert wird. Wie anhand der Formel gesehen werden kann, beträgt die Frequenz der Eintonwelle ein Viertel der Samplingrate n. 5 shows a block diagram of another embodiment of the method according to the invention. In this embodiment, the method includes an additional step of downmixing one supplied digital signal prior to its subsampling (see 1 ), which downmixing is necessary if the primary synchronization signal is not centered at DC. This situation is the case, for example, when a user device is used in "TV white space". The term "TV white space" refers to frequencies associated with television service which are not used at the current location of the user equipment. In most European countries and in China, each TV channel has a bandwidth of 8 MHz, whereas LTE has a bandwidth of 20 MHz and therefore covers three center frequencies of TV channels, namely -8 MHz, 0 MHz and 8 MHz. When synchronizing a user equipment to a local LTE network at center frequencies of -8 MHz and 8 MHz, digital downmixing must be used. The downmixing is achieved by multiplying the input digital signal by a one-tone wave in the form

where n is the sample number, j is the imaginary number and ττ is the circle constant. As explained above, the value of c (n) is 1, j, -1 or -j, and hence no complex multiplication is needed when the digital signal is multiplied by c (n). As can be seen from the formula, the frequency of the one-tone wave is one fourth of the sampling rate n.

Aus 6 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Ausführungsform umfasst die zusätzlichen Schritte des Heruntermischens und Heruntersampelns des (von einem Nutzergerät empfangenen) zugeführten digitalen Signals, wobei das Heruntermischen wie im Zusammenhang mit 5 vorbeschrieben durch Multiplikation des digitalen Signals mit einer Eintonwelle erreicht wird und das Heruntersampeln wie in Zusammenhang mit 1 vorbeschrieben mittels eines CIC-Filters erreicht wird. Solch ein kaskadiertes Fortschreiten des Heruntermischens und Heruntersampelns wird beispielsweise bei LTE-advanced-Netzwerken benötigt, welche Trägeraggregation, wie intra-band contigious, verwenden, da das Primäre Synchronisationssignal bei intra-band contigious Trägeaggregation nicht bei DC zentriert ist. Gemäß der in 6 gezeigten Ausführungsform der Erfindung wird das zugeführte digitale Signal zuerst heruntergesampelt, um eine Samplingrate von 30.72 Msps zu erhalten und dann heruntergemischt, um eine Position des Primären Synchronisationssignals in der Frequenzdomäne bei 2.2 Mhz zu erhalten. Anschließend wird das Primäre Synchronisationssignal auf 7.68 Msps heruntergesampelt und dann auf 0.28 Mhz heruntergemischt. Anschließend wird das in Zusammenhang mit 1 beschriebene grundlegende Vorgehen angewendet, umfassend Heruntersampeln von 7.68 Msps auf 1.92 Msps, um die Synchronisation eine Nutzergerätes zu erreichen. In all diesen Schritten wird das Heruntermischen durch Multiplizieren des Primären Synchronisationssignals mit einer Eintonwelle in der oben angegebenen Form durchgeführt und das Heruntersampeln wird mittels Zuführen des Primären Synchronisationssignals zu einem CIC-Filter durchgeführt.Out 6 is a block diagram of another embodiment of the method according to the invention. This embodiment includes the additional steps of downmixing and down-sampling the input digital signal (received from a user equipment), the downmixing as associated with 5 is achieved by multiplying the digital signal with a one-tone wave and subsampling as in connection with 1 described above is achieved by means of a CIC filter. Such a cascaded progression of downmixing and subsampling is needed, for example, in LTE advanced networks which use carrier aggregation, such as intra-band contigious, because the primary sync signal is not DC centered in intra-band contigious carrier aggregation. According to the in 6 In the illustrated embodiment of the invention, the input digital signal is first downsampled to obtain a sampling rate of 30.72 Msps and then downconverted to obtain a position of the primary synchronization signal in the frequency domain at 2.2 Mhz. Subsequently, the primary synchronization signal is sampled down to 7.68 Msps and then down-converted to 0.28 Mhz. Subsequently, this is related to 1 applied basic procedure, comprising downsampling from 7.68 Msps to 1.92 Msps in order to achieve the synchronization of a user device. In all these steps, the downmixing is performed by multiplying the primary synchronizing signal by an one-tone wave in the above-mentioned form, and the downsampling is performed by supplying the primary synchronizing signal to a CIC filter.

Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme zu bestimmten Ausführungsformen beschrieben wurde, werden auf dem Gebiet der Technik Vorgebildete erkennen, dass verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können und Äquivalente ausgetauscht werden können, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Aus diesem Grund ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt auf die beschriebenen besonderen Ausführungsformen, sondern umfasst alle Ausführungsformen, welche in den Schutzbereich der Patentansprüche fallen.While the present invention has been described with reference to particular embodiments, those of ordinary skill in the art will recognize that various modifications can be made and equivalents may be substituted without departing from the scope of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the particular embodiments described, but includes all embodiments which fall within the scope of the claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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

Claims

A method of low complexity for synchronizing a base station of a wireless communication network and a user equipment receiving a digital signal in one or more frequency bands from the base station, wherein the digital signal is organized into frames having a fixed frame length in the time domain and comprising one or more synchronization signals characterized in that the method comprises at least the steps of - quantizing the synchronization signal to obtain a particularly quantized synchronization signal, - cross correlating the particularly quantized synchronization signal with the downsampled digital signal or the original digital signal, - accumulating the result of that cross correlation, and - stopping it Cross correlation with or without a special stopping criterion.

Method according to Claim 1, wherein the particularly quantized synchronization signal is calculated by calculating the real part of the particularly quantized synchronization signal

S ~ _{SS, real}

out

and the imaginary part of the particularly quantized synchronization signal

S ~ _{SS, imag}

out

S ~ _{SS, real}

the real part of the predistorted or original synchronization signal and

S ~ _{SS, imag}

is the imaginary part of the predistorted or original synchronization signal.

The method of claim 1, wherein the method comprises downmixing and downsampling by multiplying the digital signal received from the user equipment by a one-tone wave c (n) of the form

and supplying the resultant to a CIC ("cascaded integrator comb") filter, where n is the sample number, j is the imaginary number, and ττ is the loop constant.

The method of claim 3, wherein the CIC filter is of order one.

A method according to claim 3 or 4, wherein the down-mixing and down-sampling is performed twice or more.

The method of claim 3, wherein the method comprises identifying the synchronization signal in the time domain by multiplying the synchronization signal in the frequency domain by the inverse of the non-flat frequency response of the CIC filter and performing an inverse, discrete Fourier transform of the multiplication result by the Synchronization signal in the time domain includes includes.

The method of claim 1, wherein the particular stop criterion is a stop prefix auto-correlation assisted stop criterion.

The method of claim 1, wherein identifying a start sample of a frame or portion thereof as a cross-correlation peak comprises an accumulation process with a stop criterion secured by utilizing the autocorrelation properties of a cyclic prefix-based system, the accumulation process comprising the steps of: Generating a first accumulation by accumulating squared cross-correlation vectors calculated from a plurality of frames or portions thereof and the quantized synchronization signal until the maximum value of the first accumulation is greater than a place value, generating a second cyclic prefix length based on the user equipment Accumulation by accumulating cyclic prefix autocorrelations of the frame received from the user equipment or a portion thereof or generating a second short cyclic prefix length hypothesis based on a long cyclic prefix length hypothesis by accumulating cyclic prefix autocorrelations of frames or portions thereof received by the user equipment, and - either continuing the first accumulation if neither the second nor the third accumulation converges r setting the maximum value of the first accumulation as a start sample of the last frame received by the user equipment or a portion thereof in the time domain, wherein the purpose of the second and third accumulations is to ensure that the maximum value of the first accumulation belongs to the correct peak ,

The method of claim 1, wherein identifying a start sample of a frame or portion thereof is performed by calculating the cross-correlation between the particularly quantized synchronization signal and a portion having a length equal to half a frame length.

The method of claim 1, wherein the synchronization signal is a Zadoff-Chu-like signal.

The method of claim 1, wherein the synchronization signal is a primary synchronization signal or a secondary synchronization signal of an LTE or LTE advanced communication network.

A method of low complexity for synchronizing a base station of a wireless communication network and a user equipment receiving a digital signal in one or more frequency bands from the base station, wherein the digital signal is organized into frames having a fixed frame length in the time domain and comprising one or more synchronization signals characterized in that the method comprises at least the step of quantizing the synchronization signal to obtain a particularly quantized synchronization signal, the particularly quantized synchronization signal being characterized by calculating the real part of the particularly quantized synchronization signal SSreal

and calculating the imaginary part of the particularly quantized synchronization signal SSimag

S ~ _{SS, real}

the real part of the predistorted or original synchronization signal and

S ~ _{SS, imag}

is the imaginary part of the predistorted or original synchronization signal.

A method of low complexity for synchronizing a base station of a wireless communication network and a user equipment receiving a digital signal in one or more frequency bands from the base station, wherein the digital signal is organized into frames having a fixed frame length in the time domain and comprising one or more synchronization signals , characterized in that the method down-sampling and downmixing the digital signal by multiplying the signal received from the user equipment with a one-tone wave c (n) of the form

The method of claim 13, wherein the method comprises identifying the synchronization signal in the time domain by multiplying the synchronization signal in the frequency domain by the inverse of the non-flat frequency response of the CIC filter and performing an inverse discrete Fourier transform of the multiplication result by the Synchronization signal in the time domain includes includes.

A method of low complexity for synchronizing a base station of a wireless communication network and a user equipment receiving a digital signal in one or more frequency bands from the base station, wherein the digital signal is organized into frames having a fixed frame length in the time domain and comprising one or more synchronization signals characterized in that the method comprises at least the step of identifying a start sample of a frame or portion thereof as cross-correlation peak an accumulation process with a stop criterion secured by utilizing the autocorrelation properties of a cyclic prefix based system, the accumulation process comprising the steps of - generating a first accumulation by accumulating squared cross-correlation vectors calculated from a plurality of frames or portions thereof and the quantized synchronization signal until the maximum value of the first accumulation is greater than a place value, generating a second accumulation based on cyclic prefix length known to the user equipment by accumulating cyclic prefix autocorrelations of the frame received by the user equipment or a portion thereof or generating a second one on the hypothesis a short cyclic prefix length based accumulation and a third accumulation based on the hypothesis of a long cyclic prefix length by accumulating cyclic prefix autocorrelations of the frame or portion received from the user equipment and - either continuing the first accumulation if neither the second nor the third accumulation converging or setting the maximum value of the first accumulation as a start sample of the last frame received by the user equipment or a portion thereof in the time domain, wherein it is the purpose of the second and third Accumulation is to ensure that the maximum value of the first accumulation belongs to the correct peak.