DE4014767A1 - METHOD FOR OBTAINING AN ELECTRICAL SIGNAL BY CORRELATION - Google Patents
METHOD FOR OBTAINING AN ELECTRICAL SIGNAL BY CORRELATIONInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gewinnen eines elektrischen Signals durch Korrelation zwischen zwei eingehen den binären, unipolaren Datenströmen.The invention relates to a method for winning a electrical signal by correlation between two the binary, unipolar data streams.
Ein derartiges Verfahren ist dem Buch "ISDN - Das künftige Fernmeldenetz der Deutschen Bundespost", 1985, herausgegeben von P. Kahl, Seiten 83 und 84 entnehmbar; denn dort ist ausge führt, daß im Rahmen einer sogenannten Synchronisierung eines ankommenden Datenstromes als Synchronwort ein elf-stufiger Barker-Code verwendet werden kann, dessen Autokorrelations funktion für die Synchronisierung besonders gut geeignet ist. Die Autokorrelationsfunktion erleichtert nämlich aufgrund ihres charakteristischen Verlaufs das Auffinden des Synchronwortes in dem ankommenden Datenstrom während eines Verbindungsaufbaus. Dabei ist zur Bildung eines der Autokorrelationsfunktion ent sprechenden elektrischen Signals unter Erfüllung der Defini tionsgleichung für die Autokorrelationsfunktion jeweils zu nächst eine Multiplikation zweier Meßwerte und anschließend eine Summation bzw. Integration der durch Multiplikation gewonnenen Einzelwerte vorzunehmen. Beschreibt man mit f(n) und h(n) zwei binäre, unipolare Funktionen, dann läßt sich das durch Autokorrelation gewonnene elektrische SignalOne such method is the book "ISDN - Das Zukunft Telecommunications network of the Deutsche Bundespost ", 1985 removable from P. Kahl, pages 83 and 84; because that's where it ended leads that in the context of a so-called synchronization of a incoming data stream as a synchronous word an eleven-stage Barker code can be used, its autocorrelation function is particularly well suited for synchronization. The autocorrelation function makes it easier because of its characteristic course finding the sync word in the incoming data stream during a connection establishment. One of the autocorrelation functions is ent speaking electrical signal while meeting the defini equation for the autocorrelation function next a multiplication of two measured values and then a summation or integration of the by multiplication individual values obtained. One describes with f (n) and h (n) two binary, unipolar functions, then this can be done electrical signal obtained by autocorrelation
Φff(n) bzw. Φhh(n)Φ ff (n) or Φ hh (n)
durch die folgenden Gleichungen beschreiben:describe by the following equations:
mit m als Zeitintervall. Die Kreuzkorrelationsfunktionen sind durch die Beziehungenwith m as the time interval. The cross correlation functions are through relationships
definiert, in denen m jeweils ein Zeitintervall beschreibt und c1 . . . c4 Proportionalitätsfaktoren bezeichnen.defined in which m describes a time interval and c 1 . . . c 4 denote proportionality factors.
Zum Gewinnen eines elektrischen Signals durch Korrelation zwischen zwei eingehenden binären, unipolaren Datenströmen sind daher eine Vielzahl von Multiplikationen mit anschließender Summation durchzuführen, was auch beim Einsatz von sehr schnell arbeitenden Rechnern verhältnismäßig viel Zeitaufwand benötigt. Im übrigen ergeben sich bei der Multiplikation bzw. Addition bestimmter Abschnitte aus den eingehenden binären Datenströmen durch Multiplikation nicht immer eindeutige Aussagen, wie sich beispielsweise daran veranschaulichen läßt, daß, wenn man die Datenfolge 1010 mit 1010 und die Datenfolge 1010 mit 1111 multipliziert, sich in beiden Fällen als Produkt die Größe 1010 ergibt, deren Summe stets den Wert zwei hat; trotz unterschiedlich großer miteinander multiplizierter binärer Größen ergibt sich derselbe Korrelationswert.To obtain an electrical signal through correlation between two incoming binary, unipolar data streams hence a multitude of multiplications with subsequent ones Perform summation, which is also when using very fast-working computers require a relatively large amount of time needed. Otherwise, the multiplication or Addition of certain sections from the incoming binary Data streams are not always unique due to multiplication Statements, as can be illustrated, for example, that if you compare the data string 1010 with 1010 and the data string 1010 multiplied by 1111, in both cases as a product results in size 1010, the sum of which always has the value two; despite having different sizes multiplied together binary quantities the same correlation value results.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Gewinnen eines elektrischen Signals durch Korrelation zwischen zwei eingehenden binären, unipolaren Datenströmen anzugeben, mit dem sich schnell und in seiner Größe ein eindeutiges elektrisches Signal gewinnen läßt.The invention is therefore based on the object of a method to obtain an electrical signal by correlation between two incoming binary, unipolar data streams specify with which to quickly and in size uniquely electrical signal can be obtained.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem solchen Verfahren erfindungsgemäß die Datenströme in jeweils ein Register einge lesen und die Daten in jeweils einander zugeordneten Speicher stellen der beiden Register nach einer exklusiven Oder-Funktion miteinander verknüpft; die sich aus den Verknüpfungen jeweils gleichzeitig ergebenden Zwischendaten werden unter Bildung des elektrischen Signals summiert.Such a method is used to solve this problem according to the invention, the data streams are each inserted into a register read and the data in mutually allocated memory set the two registers after an exclusive OR function linked together; resulting from the links each intermediate data resulting simultaneously are formed with the formation of the electrical signal summed.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß auf die Vielzahl von Multiplikationen verzichtet werden kann, die nach der Definitionsgleichung der Korrelationsfunktionen ausgeführt werden müssen, um ein der Korrelationsfunktion entsprechendes elektrisches Signal zu gewinnen. Durch die lediglich erforderliche Verknüpfung nach Art einer exklusiven Oder-Funktion läßt sich das erfindungs gemäße Verfahren in vergleichsweise sehr kurzer Zeit durchfüh ren und bietet darüber hinaus - wie unten noch nachgewiesen wird - den Vorteil eines wegen seiner eindeutigen Aussagen weitgehend fehlerfreien elektrischen Signals.A major advantage of the method according to the invention is that on the multitude of multiplications can be dispensed with, which according to the definition equation of Correlation functions must be performed in order to be one of the Correlation function corresponding electrical signal win. By simply linking to The kind of an exclusive OR function can be fiction carry out appropriate procedures in a comparatively very short time and also offers - as demonstrated below will - the advantage of one because of its clear statements largely error-free electrical signal.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren in der oben angegebenen Art durchgeführt, dann stellt das gewonnene elektrische Signal in seinem Verlauf nicht ganz exakt das durch Korrelation zwischen den zwei eingehenden Datenströmen gemäß Definition erwartete Signal dar, sondern bildet ein negiertes Korrelationsergebnis. Da ein solches Korrelationsergebnis in einigen Anwendungsfäl len, beispielsweise in der Nachrichtenmeßtechnik, als brauch bares, weiter zu verarbeitendes elektrisches Signal angesehen werden kann, erfüllt das erfindungsgemäße Verfahren insoweit alle diesbezüglich gestellten Anforderungen.If the method according to the invention is of the type indicated above then the electrical signal obtained in its course is not exactly that due to correlation between the two incoming data streams expected by definition Signal, but forms a negated correlation result. Because such a correlation result in some applications len, for example in communications technology, as a need viewed, further processed electrical signal the method according to the invention fulfills this all related requirements.
Ein elektrisches Signal, das den Definitionsgleichungen für die Korrelationsfunktionen exakt entspricht, ergibt sich bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die sich aus den Verknüpfungen ergebenden Zwischendaten vor dem Summieren negiert werden. Das so gewonnene elektrische Signal repräsentiert dann ein Korrelationsergebnis entsprechend den oben angegebenen Gleichungen, ist lediglich mit einem zur weiteren Verarbeitung nicht störenden konstanten Offset versehen. An electrical signal that meets the definition equations for which corresponds exactly to the correlation functions is given by a further embodiment of the method according to the invention, in which the intermediate data resulting from the links be negated before totaling. The electrical obtained in this way Signal then represents a correlation result accordingly the equations given above, is only with one further processing not disturbing constant offset Mistake.
Häufig stellt sich einer der beiden bipolaren, binären Daten ströme, zwischen denen eine Korrelation durchgeführt werden soll, als konstante Referenzfolge dar. In diesem Falle ist es bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteil haft, wenn die konstante Referenzfolge fest in eines der beiden Register eingeschrieben wird. Es ist dann nur noch jeweils der andere binäre Datenstrom in das andere Register einzulesen.One of the two bipolar, binary data often arises currents between which a correlation is carried out should represent as a constant reference sequence. In this case it is advantageous when carrying out the method according to the invention if the constant reference sequence is firmly in one of the two Register is registered. It is then only the one read another binary data stream into the other register.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Schaltungsanordnungen unterschiedlicher Art durchgeführt werden. Als besonders vor teilhaft wird es aber angesehen, wenn eine Schaltungsanordnung verwendet wird, bei der jeweils einander zugeordnete Speicher stellen der Register ausgangsseitig mit den Eingängen jeweils eines Exklusiv-Oder-Gliedes verbunden sind und bei der der Aus gang jedes Exklusiv-Oder-Gliedes mit einem Eingang eines Summie rers in Verbindung steht. Diese Schaltungsanordnung liefert dann ein Korrelationsergebnis, das im Hinblick auf ein gemäß den Definitionsgleichungen errechnetes ein negiertes Ergebnis darstellt; es ist im übrigen mit einem konstanten Offset versehen.The method according to the invention can be implemented with circuit arrangements of different types. As special before but it is considered partial if a circuit arrangement is used, with the memory allocated to each other place the register on the output side with the inputs each of an exclusive-OR link and in which the out each exclusive-or gate with an input of a summie rers communicates. This circuit arrangement delivers then a correlation result that is according to a a negative result calculated from the definition equations represents; it is, moreover, with a constant offset Mistake.
Wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungs gemäßen Schaltungsanordnung jedem Eingang des Summierers ein Negierer vorgeordnet, dann ergibt sich ein elektrisches Signal, das bis auf einen konstanten Offset exakt den Definitionsglei chungen entspricht.According to an advantageous embodiment of the invention circuit arrangement according to each input of the summer Upstream of the negator, there is an electrical signal, except for a constant offset, exactly the same definition equations.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann der Summie rer in unterschiedlicher Weise aufgebaut sein; bei einer vortei lhaften Ausführungsform besteht der Summierer aus einem kaska denartigen Aufbau von mehrere Addierern mit jeweils acht Ein gängen, von denen die eingangsseitig angeordneten Addierer jeweils an ihren beiden LSB-Eingängen beaufschlagt sind, während weitere Addierer mit jeweils zwei eingangsseitigen bzw. vorgeordneten Addierern über jeweils eine Bus-Leitung und mit jeweils einem nachgeordneten zusätzlichen Addierer über eine weitere Bus-Leitung verbunden sind.In the circuit arrangement according to the invention, the summation be constructed in different ways; at an advantage According to the embodiment, the totalizer consists of a kaska the structure of several adders, each with eight inputs gears, of which the adders arranged on the input side are applied to both of their LSB inputs, while further adders, each with two input-side or upstream adders via a bus line and with a subordinate additional adder via a additional bus line are connected.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des Summierers ist dieser ein als Umkehraddierer geschalteter Operationsver stärker, der mit gleich groß gemessenen Eingangswiderständen versehen ist. Der besondere Vorteil eines derart aufgebauten Summierers besteht darin, daß mit ihm in verhältnismäßig kurzer Zeit die Summation durchgeführt werden kann.In another advantageous embodiment of the summer this is an operation ver switched as a reverse adder stronger, the one with the same measured input resistances is provided. The particular advantage of such a structure Summierers is that with him in a relatively short Time the summation can be performed.
Eine weitere digitale Ausführung eines Summierers weist eingangsseitig ein Schieberegister auf, dessen Eingänge mit den Ausgängen der Exklusiv-Oder-Glieder in Verbindung stehen und das mit einem Taktgenerator verbunden ist; dem Schieberegister ist ausgangsseitig ein Zähler nachgeordnet.Another digital version of a summer has on the input side a shift register whose inputs match the Exits of the exclusive-or links are connected and connected to a clock generator; the shift register a counter is arranged on the output side.
Zur Erläuterung der Erfindung ist inTo explain the invention is in
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in Fig. 1 shows an embodiment of a circuit arrangement for performing the method according to the invention, in
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Summierers in der Schal tungsanordnung nach Fig. 1 und in Fig. 2 shows an embodiment of a summer arrangement in the scarf arrangement according to FIG. 1 and in
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Summierer dargestellt. Fig. 3 shows another embodiment for a summer.
Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist einem Eingang 1 einer Schaltungs anordnung 2 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein binärer, unipolarer Datenstrom f(n) zugeführt. Die einzel nen Daten dieses Datenstromes werden nacheinander schrittweise durch die einzelnen Speicherstellen 3 bis 10 eines Registers 11 geschoben. Ein weiteres Register 12 weist eine entsprechende Anzahl von Speicherstellen 13 bis 20 auf, in die die Daten eines weiteren binären, unipolaren Datenstromes h(n) über einen weiteren Eingang 21 eingelesen werden können. Im darge stellten Ausführungsbeispiel ist in das weitere Register 11 eine feste Referenzfolge h(n) fest eingeschrieben.As can be seen in FIG. 1, an input 1 of a circuit arrangement 2 for carrying out the method according to the invention is supplied with a binary, unipolar data stream f (n). The individual NEN data of this data stream are successively pushed through the individual memory locations 3 to 10 of a register 11 . Another register 12 has a corresponding number of memory locations 13 to 20 , into which the data of a further binary, unipolar data stream h (n) can be read via a further input 21 . In the illustrated embodiment, a fixed reference sequence h (n) is permanently written into the further register 11 .
Jeweils einander zugeordnete Speicherstellen 3 und 13, 4 und 14 usw. der Register 11 und 12 sind mit den Eingängen jeweils eines Exklusiv-Oder-Gliedes 22, 23 sowie 24 bis 29 verbunden. Die Ausgänge der Exklusiv-Oder-Glieder 22 bis 29 sind über jeweils einen Negierer 30 bis 37 mit Eingängen 38 bis 45 eines Summierers 46 verbunden. An einem Ausgang 47 des Summierers 46 ergibt sich ein elektrisches Signal g(n), das das Korrelations ergebnis zwischen den Datenströmen f(n) und h(n) darstellt.Memory locations 3 and 13 , 4 and 14 , etc. of registers 11 and 12 , each associated with one another, are connected to the inputs of an exclusive-OR element 22 , 23 and 24 to 29 , respectively. The outputs of the exclusive-OR elements 22 to 29 are each connected via a negator 30 to 37 to inputs 38 to 45 of a summer 46 . An output 47 of the summer 46 results in an electrical signal g (n) which represents the correlation result between the data streams f (n) and h (n).
Wie Fig. 2 erkennen läßt, kann der in Fig. 1 dargestellter Summierer 46 aus kaskadenförmig angeordneten Addierern mit jeweils zwei mal acht Eingängen bestehen. Eingangsseitige Addierer 50, 51 sowie 52 und 53 sind jeweils mit ihren LSB-Ein gängen an Ausgänge 38 bis 45 der Negierer 30 bis 37 angeschlos sen. An den Ausgängen der eingangsseitigen Addierer 50 und 51 der weiteren eingangsseitigen Addierer 52 und 52 liegen über Bus-Leitungen 54 und 55 bzw. 56 und 57 nachgeordnete Addierer 58 und 59, denen wiederum über Bus-Leitungen 60 und 61 ein zusätzlicher Addierer 62 nachgeschaltet ist. In digitaler Form ergibt sich dann am Ausgang 63 des Summierers das Korrelations ergebnis g(n).As can Fig. 2 appreciated, the shown in Fig. 1 summer 46 times eight inputs can consist of cascaded adders each having two. Input-side adders 50 , 51 and 52 and 53 are each with their LSB inputs to outputs 38 to 45 of the negators 30 to 37 ruled out. At the outputs of the adders 50 and 51 on the input side of the further adders 52 and 52 on the input side, adders 58 and 59 are connected via bus lines 54 and 55 or 56 and 57 , which in turn are followed by an additional adder 62 via bus lines 60 and 61 . The correlation result g (n) then results in digital form at the output 63 of the summer.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Summierer 46 gemäß Fig. 1 eingangsseitig mit einem Schieberegister 70 versehen, das an die Ausgänge 38 bis 45 der Negierer 30 bis 37 angeschlossen ist. Über einen Clock-Eingang 71 ist das Schiebe register 70 mit einem nicht dargestellten Taktgenerator verbun den. Ausgangsseitig ist das Schieberegister 70 mit einem Zähler 72 verbunden, an dessen Ausgang 73, der von einer Bus-Leitung gebildet ist, in digitaler Form das elektrische Signal g(n) ansteht.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the summer 46 according to FIG. 1 is provided on the input side with a shift register 70 which is connected to the outputs 38 to 45 of the negators 30 to 37 . Via a clock input 71 , the shift register 70 is connected to a clock generator (not shown). On the output side, the shift register 70 is connected to a counter 72 , at whose output 73 , which is formed by a bus line, the electrical signal g (n) is present in digital form.
Claims (8)
daß die Datenströme (f(n) , h(n)) in jeweils ein Register (11, 12) eingelesen werden,
daß die Daten in jeweils einander zugeordneten Speicherstellen (z. B. 3, 13; 4, 14) der beiden Register (11, 12) nach einer exklusiven ODER-Funktion miteinander verknüpft werden und
daß die sich aus den Verknüpfungen jeweils gleichzeitig ergeben den Zwischendaten unter Bildung des elektrischen Signals (g(n)) summiert werden.1. A method for obtaining an electrical signal by correlation between two incoming binary, unipolar data streams (f (n), h (n)), characterized in that
that the data streams (f (n), h (n)) are each read into a register ( 11 , 12 ),
that the data are linked to each other in mutually assigned storage locations (eg 3 , 13 ; 4 , 14 ) of the two registers ( 11 , 12 ) after an exclusive OR function and
that the intermediate data resulting from the links in each case are summed to form the electrical signal (g (n)).
daß jeweils einander zugeordnete Speicherstellen (z. B. 3, 13; 4, 14) der Register (11, 12) ausgangsseitig mit den Eingängen jeweils eines Exklusiv-ODER-Gliedes (22 . . . 29) verbunden sind und
daß der Ausgang jedes Exklusiv-ODER-Gliedes (22 . . . 29) mit einem Eingang (38 . . . 45) eines Summierers (46) in Verbindung steht. 4. Circuit arrangement for performing the method according to one of the preceding claims, characterized in that
that in each case associated memory locations (e.g. 3 , 13 ; 4 , 14 ) of the registers ( 11 , 12 ) on the output side are connected to the inputs of an exclusive OR gate ( 22 ... 29 ) and
that the output of each exclusive OR gate ( 22 ... 29 ) is connected to an input ( 38 ... 45 ) of a summer ( 46 ).
daß der Summierer eingangsseitig ein Schieberegister (70) aufweist, dessen Eingänge (38 . . . 45) mit den Ausgängen der Exklusiv-ODER-Glieder (22 . . . 29) in Verbindung stehen und das mit einem Taktgenerator verbunden ist, und
daß dem Schieberegister (70) ausgangsseitig ein Zähler (72) nachgeordnet ist.8. Circuit arrangement according to claim 4 or 5, characterized in
that the adder on the input side has a shift register ( 70 ), the inputs ( 38 ... 45 ) of which are connected to the outputs of the exclusive OR gates ( 22 ... 29 ) and which is connected to a clock generator, and
that the shift register ( 70 ) has a counter ( 72 ) on its output side.
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