DE60128784T2

DE60128784T2 - Verfahren und Vorrichtung zur effizienten und genauen Grobzeitsynchronisierung in Pulsdemodulatoren

Info

Publication number: DE60128784T2
Application number: DE60128784T
Authority: DE
Inventors: Joseph Boutros; Emmanuel Lemois
Original assignee: Juniper Networks Inc
Current assignee: Juniper Networks Inc
Priority date: 2001-02-26
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: EP1237319A1; US20110206172A1; US20070071143A1; US20100111236A1; ATE364271T1; DE60128784D1; US20020181622A1; EP1237319B1; US7957494B2; US8451958B2; US7154967B2; US7616717B2

Description

Hintergrund
1A und 1B veranschaulichen ein hybrides Fasercoaxial (Englisch: Hybrid Fiber-Coax, HFC)-Kabelsystem 100, das kompatibel ist mit dem Standard der Kabelindustrie „Data over Cable System Interface Specification" (DOCSIS) (übersetzt etwa: „Spezifikation für eine System-Schnittstelle für Daten über Kabel") zum Bereitstellen von Internetzugang für ausgewählte Kabelkunden über sogenannte Kabelmodems (CMs). 1A ist eine Ansicht des Kabelsystems auf höchster Ebene. 1B stellt zusätzliche Einzelheiten der Kundengeräte in dessen Räumlichkeiten (CPE, Englisch: Customer Premises Equipment) der 1A bereit. In 1B stellt CM 4000 eine Ethernet-Schnittstelle nach dem Computerindustriestandard an den PC 5000 bereit und überbrückt die Ethernet-Schnittstelle mit der Koaxialverteilung des Kabelsystems. CM 4000 implementiert sowohl einen Funkfrequenz (RF) Modulator als auch einen RF Demodulator. Diese Schaltkreise ermöglichen digitalen, zeitlich gemultiplexten Mehrfachzugang (TDMA, Englisch: Time Division Multiple Access) für burstmodulierte Kommunikationen über dynamisch verwaltete Aufwärts- und Abwärts-Funkfrequenzkanäle gemäß dem DOCSIS Standard.
Ein Funkfrequenz bzw. RF Modulator 3000 und ein RF Demodulator 1000, die komplementär zu denjenigen des Kabelmodems sind, sind in einem mit DOCSIS kompatiblen Kabelmodemabschlusssystem (CMTS, Englisch: Cable Modem Termination System) 500 implementiert, das, wie der Name impliziert, einen Abschluss für das Kabelmodem der CPE bereitstellt. Mehrere Beispiele für einen Modulator 3000 und einem Demodulator 1000 werden bereitgestellt, um diese Kunden mit CM Dienst zu unterstützen. Die Steuerungs-, MAC und Rahmenerzeugungseinheit 2000 überbrückt alle der bereitgestellten DOCSIS Funkfrequenzschnittstellen zu einem oder mehreren paketvermittelten Netzwerken. Diese paketgeschalteten Netzwerke können lokale Netzwerke, Intranetze und das Internet umfassen. Während die 1A die CMTS 500 als eine Kopfstation oder als primären Netzknoten (Englisch: Hub) implementiert zeigt, ist es theoretisch möglich, das CMTS irgendwo aufwärts in Bezug auf das CM zu implementieren. Jeder Demodulator 1000 gibt Ausgaben an die Steuerungs-, MAC und Datenrahmenerzeugungseinheit 2000 aus, welche Ausgaben detektierte Symbole 1200 und, allgemeiner, andere Status- und Steuersignale umfassen.
2A stellt ein allgemeines konzeptuelles Blockdiagramm des digitalen Burstdemodulators 1000 in der CMTS 500 bereit. Das Front-End 600 isoliert einen modulierten Träger aus dem Trägermultiplex in dem empfangenen Spektrum 1100, konvertiert das Signal ins Basisband und leitet das resultierende Signal 1105 weiter an den Burst- und Zeitsteuerungssynchronisationsschaltkreis 1500. (In anderen Kontexten kann das Front-End 600 als eine Funktion vor dem Modulator und nicht als Teil davon betrachtet werden.) Die zurück gewonnenen Signalabtastwerte 1106 an dem Ausgang des Schaltkreises 1500 sind diskrete bzw. einzelne Signalabtastwerte mit der Symbolrate (oder Vielfachen davon). Der Entzerrer bzw. Equalizer 1600 kompensiert die Signalverzerrung, die nicht von dem Vorentzerrer in dem Kabelmodem (CM) kompensiert worden ist und unterdrückt auch ein Eingangsrauschen. Am Ausgang dieser Stufe sind die entzerrten Signalabtastwerte 1107 hinsichtlich der Trägerphase nicht synchronisiert. Das ist die Aufgabe des Rotators 1700 und des Phasenabschätzers 1900, die auf den Entzerrer bzw. Equalizer 1600 folgen.
Darauffolgend gibt der Detektor 1800 detektierte Symbole 1200 aus. In Burstdemodulatoranwendungen, wie etwa für das CMTS, wird die Information über Bursts von Symbolen transportiert. Der Demodulator muss die Bursts zuerst detektieren und dann decodieren. Im Unterschied zu analogen Demodulatoren sind die Dekodierfunktionen keine linearen analogen Schaltkreise, die kontinuierlich betrieben werden, sondern sind digitale, zeitgetaktete Schaltkreise, die um zu funktionieren mit den einkommenden Symbolen synchronisiert werden müssen. Doch werden die Symbole asynchron gesendet, in dem Sinne, dass es keine gemeinsame Taktreferenz für sowohl das CM als auch das CMTS gibt. Die Burst- und Zeitsteuerungssynchronisation 1500 der 2A stellt die erforderliche Bursterkennung und Synchronisation bereit und ist folglich entscheidend für den Betrieb des Demodulators.
Der Synchronisationsschaltkreis 1500 kann ferner in eine grobe Zeitsteuerungssynchronisation und eine feine Zeitsteuerungssynchronisation unterteilt werden. Dieser nächste Grad an Einzelheit ist konzeptuell in 2B veranschaulicht. Die grobe Zeitsteuerungssynchronisation wird auch als Burstsynchronisation bezeichnet. Die feine Zeitsteuerungssynchronisation wird auch als Symbolzeitsteuerungssynchronisation oder als Symbolzeitsteuerungswiederherstellung bezeichnet.
Die Funktion der groben Zeitsteuerungsschaltkreise besteht darin, die Burstzeitsteuerung auf eine Unsicherheit von weniger als T/2 (0,5-mal die Symbolperiode) einzurichten. Der grobe Zeitsteuerungsschaltkreis stellt die Burstzeitsteuerung bereit für die Schaltkreise zur feinen Zeitsteuerung und allgemein für die anderen Schaltkreise in dem Demodulator. Weder die feine Zeitsteuerungssychro nisation noch die nachfolgenden Phasen- und Frequenzwiedergewinnungsprozesse können benutzt werden, bevor nicht ein Burststart erkannt worden ist, weil diese Prozesse mit dem entsprechenden CM (für den der Demodulator bereitgestellt worden ist) grob synchronisiert sein müssen. Die Aufgabe der feinen Zeitsteuerungssynchronisationsschaltkreise besteht darin, die genauen Abtastphasen bereitzustellen, die für eine Symbolerkennung mit niedriger Fehlerrate erforderlich sind.
In CMTS Anwendungen muss sich der grobe Zeitsteuerungsschaltkreis behaupten mit Systemfunktionen unter normalen Datenverkehrsbedingungen (Verkehrsmodus) und während sogenannter Messperioden (Messmodus, Englisch: Ranging Mode). Ranging bzw. Messen ist ein Vorgang, bei dem die CMTS die Bereitstellungs- und Verwendungsdichte von Zeitfenstern für ein jegliches von mehreren, allgemein einem Aufwärtsverbindungskanal zugewiesenen CMs verwaltet. Genauer gesagt verwendet das CMTS Messperioden, um die Hin- und Herverzögerung für ein spezifisches CM zu bestimmen und anschließend dieses CM anzuweisen, mit einem entsprechenden Übertragungszeitversatz zu arbeiten. Messen bzw. Ranging wird immer ausgeführt, wenn ein CM initialisiert und von dem Netzwerk registriert wird, und wenn das CMTS vermutet, dass die Zeitfensterintegrität verloren gegangen ist. Der Messkalibrationsvorgang wird für jedes CM auf dem Kanal ausgeführt und ermöglicht, dass das System im Verkehrsmodus reibungslos mit einem hohen, effektiven Durchsatz funktioniert. Während des nachfolgenden Verkehrsmodusbetriebs, aus der Perspektive des CMTS, übertragen die CMs stromaufwärtige Datenbursts innerhalb der ihnen zugewiesenen Zeitfenster, so als ob sie alle in einem gleichförmigen Abstand von Null in Bezug auf das CMTS angeordnet wären.
Die Messperioden stellen die problematischsten Betriebsbedingungen für die CMTS dar, weil die groben Zeitsteuerungsschaltkreise zuverlässig (jedoch nicht fehlerhaft) Bursts detektieren muss, die mit einer sehr großen zeitlichen Unsicherheit (typischerweise bis zu drei Millisekunden) ankommen können (oder auch nicht). Während des Verkehrsmodus wird das CM mit einem Zeitfenster und einem die Verzögerung kompensierenden Übertragungszeitversatz betrieben, die beide durch das CMTS wie oben beschrieben zugewiesen werden (und dem CMTS bekannt sind). Dementsprechend ist im Verkehrsmodus die Unsicherheit in der Burstzeitsteuerung auf Zeitversatzkorrekturfehler (von typischerweise nicht größer als 1,1 Symbolperioden) verringert.
Wie durch den Schalter in 2B angedeutet, wird der grobe Zeitsteuerungssynchronisationsschaltkreis in den zwei Betriebsmodi verschieden betrieben. Während des Messbetriebs ist die Burstzeitsteuerung im Wesentlichen unbekannt und eine Burstdetektion ist erforderlich, um die Datenrahmensynchronisation zu initiieren. Während des Verkehrsmodus wird die Bursterkennung nicht verwendet und die Datenrahmensynchronisation wird initiiert unter Benutzung der während der vorhergehenden Messperiode gewonnenen Kenntnis der CMTS bezüglich der Burstzeitsteuerung.
Die Bursterkennung bzw. -detektion muss so empfindlich wie möglich sein, so dass die Demodulation von gültigen Bursts mit der kürzesten möglichen Verzögerung beginnen kann. Die Verzögerung bei der Signalisierung des Erkennens eines gültigen Bursts kann zum Verlust der anfänglichen Symbole des Bursts führen und erfordert allgemein eine vergrößerte Komplexität des Demodulators, um derar tige Verluste zu verhindern oder zu minimieren. Darüber hinaus muss der grobe Zeitsteuerungsschaltkreis die Fähigkeit aufweisen, zuverlässig zwischen empfangenem Rauschen und empfangenen Symbolbursts unterscheiden zu können. Zwei unterschiedliche Fehlerwahrscheinlichkeitsindikatoren kennzeichnen diese Fähigkeit. Die Nichterkennungswahrscheinlichkeit, oder P_nd (Englisch: Nondetection Probability) ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein tatsächlich übertragener Burst nicht erkannt werden wird. Die Fehlalarmwahrscheinlichkeit oder P_fa (Englisch: False Alarm Probability) ist die Wahrscheinlichkeit dafür, das deklariert wird, dass ein Burst vorliegt, wo tatsächlich kein Burst übertragen worden ist. Es ist klar, dass kleinere Fehlerwahrscheinlichkeiten besser sind. P_nd muss niedrig sein, und Pfa muss sehr klein sein.
Die Zeit, die dafür erforderlich ist, dass ein CM von dem Netzwerk während einer Messgelegenheit registriert wird, ist ein Schlüsselanliegen, weil das System systematisch sicherstellen muss, dass das CM erkannt und demoduliert wird. Die mittlere Registrierungszeit hängt ab von der Wahrscheinlichkeit Pnd, die sowohl von der Leistungsfähigkeit des Modems als auch von der Kollisionswahrscheinlichkeit abhängt.
Ein verbreitetes Verfahren zum Bestimmen der groben Zeitsteuerung des Beginns eines Mess- bzw. Rangingbursts ist die Verwendung von Leistungsbestimmung. Dies ist das in 2B gezeigte Verfahren. Allgemein führt dieser Ansatz eine lange Integration des Signals aus zum Bestimmen der empfangenen Signalleistung, und vergleicht diese bestimmte Leistung mit einem vorbestimmten Schwellwert zum Ermitteln, ob auf der Trägerfrequenz des Kanals mehr als thermisches Rauschen vorhanden ist. Unglücklicherweise weist dieses Verfahren eine Anzahl von Problemen auf.
Weil die Leistungsbestimmung die Bursterkennung darauf basiert, dass die bestimmte Leistung mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen wird, ist sie in nicht wünschenswerter Weise empfindlich auf Variationen des Leistungspegels (d.h. der Signalstärke), die mit verschiedenen Betriebsbedingungen zusammenhängen (wie etwa Variationen bezüglich der Abschwächung, die Variationen hinsichtlich Pfadlängen zugewiesen werden können). Des Weiteren kann ihr Betrieb durch Leistungsvariationen lokal am Empfänger beeinträchtigt werden, wie diejenigen, die der automatischen Verstärkungssteuerung (AGC, Englisch: Automatic Gain Control) der vorhergehenden Stufen zugewiesen werden können.
Die Bestimmung der empfangenen Signalleistung wird ausgeführt durch Integrieren der momentanen Signalleistung über ein vorgegebenes Zeitfenster. Die Integrationszeit (d.h. die Zeitdauer des Integrationsfensters) ist ein sorgfältig gewählter Kompromiss, der einige Schlüsselaspekte der Leistungsfähigkeit des Demodulators beeinflusst. Ein Vergrößern der Integrationszeit verringert in vorteilhafter Weise den Beitrag von rauschinduzierten Fehlern in der letztendlichen Leistungsbestimmung. Unglücklicherweise vergrößert das Vergrößern der Integrationszeit nachteilig die Latenzzeit der Bursterkennung und verringert das Ansteigen der bestimmten Leistungsfunktion. Die Zunahme der Latenzzeit der Bursterkennung erfordert, dass ein größerer Anteil von jeder Burstübertragung als mit dem Erkennen des Starts des Bursts zusammenhängender Overhead abzutreten ist. Dieser zusätzliche O verhead verringert die effektive Übertragungsrate auf dem Aufwärtskanal.
Das Verringern der Steigung der bestimmten Leistungsfunktion verringert die Genauigkeit, mit der der Burststart erkannt werden kann. Infolge dessen gibt die Leistungsbestimmung allein keine ausreichend genaue Anzeige des Burstzeitpunkts zur Verwendung in der direkten Synchronisation von anderen Demodulator-Synchronisationsprozessen. Man muss sich auf einige Arten komplementärer (zusätzlicher) Zeitpunktsbestimmungen (wie etwa die Datenrahmensynchronisation, die unten besprochen wird) verlassen, um eine Burstzeitpunktsbestimmung mit ausreichender Genauigkeit zu ermitteln, so dass sie als die Basis zum Beginnen der anderen Synchronisationen verwendet werden kann.
Der Datenrahmensynchronisationsschaltkreis arbeitet mit kleineren Zeitpunktsunbestimmtheiten als diejenigen, die für die Bursterkennung erforderlich sind. Die Datenrahmensynchronisation wird immer im Verkehrsmodus verwendet, und wie veranschaulicht, kann sie auch im Messmodus verwendet werden, um die Bursterkennung komplementär zu vervollständigen (zu unterstützen). Die Datenrahmensynchronisation wird häufig durch eine Korrelation des empfangenen Signals mit einer bekannten Präambel implementiert. Die Präambel ist spezifisch ausgewählt, so dass die Position des ersten Symbols des Bursts einem Maximum des Korrelationsmoduls entspricht. Typischerweise behält eine Art von zeitlich indexiertem Ablaufpufferspeicher die aktuellsten Korrelationsmodule. Das Durchsuchen des Zeitpufferspeichers innerhalb eines Zeitfensters, das durch den Leistungsbestimmungsschaltkreis begrenzt worden ist, identifiziert das Korrelationsmaximum.
Es wird ein Ansatz für Bursterkennung benötigt, der der Leistungsbestimmung überlegen ist. Ein Bursterkennungsansatz ist erforderlich, der zwischen empfangenem Rauschen und Symbolbursts mit niedrigem Pnd und sehr niedrigem P_fa zuverlässig unterscheiden kann. Ein Bursterkennungsansatz ist erforderlich, der eine minimale Latenzzeit und eine hohe Genauigkeit, vorzugsweise innerhalb von T/2, aufweist, wobei T die Symbolperiode bezeichnet. (Das heißt: die berichtete Position des Burstbeginns ist innerhalb der Zeitdauer einer halben Symbolrate in Bezug auf den tatsächlichen Beginn des Bursts) exakt. Es ist ein Bursterkennungsansatz erforderlich, der sensitiv gegenüber kleinen Leistungsübergängen ist, der jedoch eine verringerte Abhängigkeit in Bezug auf Variationen im Signalpegel, das verschiedenen Betriebsbedingungen zugeordnet ist, aufweist, und der nicht durch lokalen AGC-Betrieb beeinträchtigt wird. Es ist ein Bursterkennungsansatz erforderlich, der Hardware und die gesamte Implementierungskomplexität minimiert.
EP 1 045 533 offenbart eine Kommunikationsvorrichtung zum Übertragen und Empfangen von Steuer- und Benutzerdatenbursts in einem digitalen Kommunikationssystem. Die Vorrichtung umfasst Empfangsmittel zum Empfangen von Datenbursts, einschließlich Bursts von einem ersten Typ und Bursts von einem zweiten, vom ersten Typ verschiedenen Typ, wobei die Bursts vom ersten Typ jeweils eine erste Trainingssequenz umfassen und die Bursts vom zweiten Typ jeweils eine zweite Trainingssequenz umfassen. Die Vorrichtung umfasst ferner Korrelationsmittel zum Autokorrelieren von Daten von empfangenen Datenbursts und zum Ausgeben eines Autokorrelationsergebnisses sowie Erkennungsmittel zum Erkennen des Typs eines empfangenen Datenbursts auf der Basis eines Phasenwerts des Autokorrelationsergebnisses für die Trainingssequenz der Burstdaten.
Wie beansprucht stellt die vorliegende Erfindung eine Lösung des oben genannten erforderlichen Ansatzes bereit, indem sie ein Teilsystem zum Verarbeiten eines empfangenen Signals bereitstellt, wobei das empfangene Signal eine Präambel mit einer darin eingebetteten Korrelationssequenz enthält, wobei die Korrelationssequenz so ausgewählt ist, dass ein Scheitelwert bzw. eine Spitze mit steiler Steigung (Englisch: Steeply Sloped Peak) die Autokorrelationsantwort im Zeitbereich auf das Durchlaufen der empfangenen Präambel kennzeichnet. Das Teilsystem umfasst folgendes:

a) einen Autokorrelationsschaltkreis, der mit dem empfangenen Signal verbunden ist, wobei der Autokorrelationsschaltkreis dazu ausgebildet ist, Korrelationskenngrößen (Englisch: Correlation Moduli) als eine Ausgabe zu erzeugen, wobei die Korrelationskenngrößen auf der innerhalb der Präambel eingebetteten Korrelationssequenz basiert sind; und
b) einen Schaltkreis zum Detektieren plötzlicher Amplitudenhäufungen bzw. einen Burstdetektionsschaltkreis, dazu ausgebildet, die Korrelationskenngrößen zu empfangen, wobei der Burstdetektionsschaltkreis dazu ausgebildet ist, die Korrelationskenngrößen in Bezug auf sowohl vorhergehende als auch nachfolgende Korrelationskenngrößen auszuwerten in einer Weise, die auf die empfangenen Burst-Übergänge empfindlich ist, während sie auf Variationen im Pegel des empfangenen Signals nicht empfindlich ist, wobei der Burstdetektionsschaltkreis ferner dazu ausgebildet ist, eine erste Zeitsteuerausgabe zu erzeugen, die indikativ dafür ist, ob ein Burst-Übergang auftritt.

Nach der Erfindung umfasst der Burstdetektionsschaltkreis einen Übergangserkennungsschaltkreis, der dazu ausgebildet ist, eine Übergangsmetrik zu einem festgelegten Zeitpunkt zu erzeugen, indem er eine Korrelationskenngröße zu einer festgelegten Zeit in Bezug auf eine Summe der Korrelationsgrößen vor und nach der festgelegten Zeit auswertet, wobei die Summe die Korrelationskenngröße zu der festgelegten Zeit ausschließt, und der ferner dazu ausgebildet ist, die erste Zeitsteuerausgabe zu erzeugen, wenn die Übergangsmetrik einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt.
Vorzugsweise umfasst das Teilsystem ferner einen Korrelationsmaximum-Suchschaltkreis, der mit den Korrelationskenngrößen und der ersten Zeitsteuerausgabe gekoppelt ist und der dazu ausgebildet ist, eine zweite Zeitsteuerausgabe zu erzeugen; und wobei die erste und zweite Zeitsteuerausgabe jeweils eine erste Zeitsteuergenauigkeit und eine zweite Zeitsteuergenauigkeit aufweisen, wobei die zweite Zeitsteuergenauigkeit besser als die erste Zeitsteuergenauigkeit ist.
Vorzugsweise umfasst das Teilsystem ferner einen Suchsteuerschaltkreis, der mit der ersten Zeitsteuerausgabe gekoppelt ist, der zum Empfangen von Betriebsmodusinformation und einem dem Teilsystem von außen zugeführten, a priori Zeitsteuersignal gekoppelt ist, und der dazu ausgebildet ist, mit dem Korrelationsmaximumsuchschaltkreis verbundene Suchsteuersignale zu erzeugen.
Weiter bevorzugt ist in dem Teilsystem bei der Erzeugung der Suchsteuersignale und in Antwort auf die Betriebsmodusinformation der Suchsteuerschaltkreis dazu ausgebil det, zwischen der Benutzung des a priori Zeitsteuersignals und der ersten Zeitsteuerausgabe auszuwählen.
Noch mehr bevorzugt umfasst das Teilsystem ferner einen Schaltkreis für parabolische Interpolation, der mit dem Korrelationsmaximumschaltkreis gekoppelt ist und der dazu ausgebildet ist, eine dritte Zeitsteuerausgabe zu erzeugen; und wobei die dritte Zeitsteuerausgabe eine dazugehörige dritte Zeitsteuergenauigkeit aufweist, wobei die dritte Zeitsteuergenauigkeit besser als die zweite Zeitsteuergenauigkeit ist.
Der Autokorrelationsschaltkreis kann dazu ausgebildet sein, N-mal pro Zeitsteuerungsperiode betrieben zu werden, und wobei die daraus resultierende erste Zeitsteuergenauigkeit N-mal besser ist als diejenige, die aus einem einzigen Vorgang pro Zeitsteuerperiode verfügbar ist.
Der Burstdetektionsschaltkreis kann mit dem Autokorrelationsschaltkreis über einen FIFO-Pufferspeicher (Englisch: First-In-First-Out Buffer) gekoppelt sein.
Die Suchsteuersignale können Start- und Größen-Ausgaben enthalten.
Der Korrelationsmaximum-Suchschaltkreis kann ferner dazu ausgebildet sein, Ausgaben zu erzeugen, die eine Vielzahl der der zweiten Zeitsteuerausgabe zugewiesenen Korrelationskenngrößen identifizieren.
Das Teilsystem kann ferner umfassen: einen Schaltkreis zur Genauigkeitsverbesserung, der mit dem Korrelationsmaximum-Suchschaltkreis und dem Schaltkreis für paraboli sche Interpolation gekoppelt ist und der dazu ausgebildet ist, eine vierte Zeitsteuerausgabe als einen Zeitsteuerungsversatz aus der zweiten Zeitsteuerausgabe unter Benutzung der dritten Zeitsteuerausgabe zu erzeugen; und wobei die vierte Zeitsteuerausgabe eine zugehörige vierte Genauigkeit aufweist, wobei die vierte Genauigkeit besser als die zweite Zeitsteuergenauigkeit ist.
Die dritte Zeitsteuerausgabe kann als eine Funktion des Betrags einer Vielzahl der der zweiten Zeitsteuerausgabe zugeordneten Korrelationskenngrößen berechnet werden.
Wie beansprucht stellt die vorliegende Erfindung auch eine Lösung für den vorgenannten erforderlichen Ansatz bereit, durch Bereitstellen eines Verfahrens der Bursterkennung auf einem eine Präambel umfassenden, empfangenen Signal. Wie beansprucht, umfasst das Verfahren:

a) Auswählen einer innerhalb der Präambel eingebetteten Korrelationssequenz, so dass ein Scheitelwert bzw. eine Spitze mit steiler Steigung (Englisch: Steeply Sloped Peak) die Autokorrelationsantwort im Zeitbereich auf das Durchlaufen der empfangenen Präambel kennzeichnet;
b) Erzeugen von Korrelationskenngrößen (Englisch: Correlation Moduli) auf der Grundlage der innerhalb der Präambel des empfangenen Signals enthaltenen Korrelationssequenz, wobei die Korrelationskenngrößen die Autokorrelation darstellen;
c) Überwachen der Korrelationskenngrößen in Bezug auf Andeutungen bzw. Hinweise auf Burst-Übergänge, wobei die Korrelationskenngrößen in Bezug auf sowohl vorhergehende als auch nachfolgende Korrelationskenngrößen ausgewertet werden in einer Weise, die auf emp fangene Burst-Übergänge empfindlich ist, während sie auf Variationen im Pegel des empfangenen Signals nicht empfindlich ist; und
d) Erzeugen einer ersten Zeitsteuerausgabe, die für Burst-Übergange indikativ ist.

Nach der Erfindung umfasst der Schritt des Auswertens der Korrelationskenngrößen in Bezug auf sowohl vorhergehende als auch nachfolgende Korrelationskenngrößen folgenden Schritt: Erzeugen einer Übergangsmetrik durch Auswerten einer Korrelationskenngröße zu einer festgelegten Zeit in Bezug auf eine Summe der Korrelationskenngrößen vor und nach der bestimmten Zeit, wobei die Summe die Korrelationskenngröße zu der festgelegten Zeit ausschließt, und der Schritt des Erzeugens der ersten Zeitsteuerausgabe wird ausgeführt, wenn die Übergangsmetrik einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt.
Das Verfahren kann ferner umfassen:

f) Ausführen einer Korrelationsmaximumsuche auf den Korrelationskenngrößen zum Identifizieren eines Korrelationsmaximums und seiner zugehörigen Zeit und Erzeugen einer zweiten Zeitsteuerausgabe, wobei die Suche initiiert wird, wenn durch die erste Zeitsteuerausgabe ein Burst-Übergang angezeigt wird.

Das Verfahren kann ferner umfassen:

g) Erzeugen eines Zeitsteuerungsversatzes durch Ausführen von parabolischer Interpolation auf dem Betrag bzw. der Größe einer Vielzahl von Korrelationskenngrößen vor und nach dem Korrelationsmaximum; und
h) Bereitstellen einer Burstbeginn-Zeitausgabe als eine dritte Zeitsteuerausgabe, die unter Verwendung der um den Zeitsteuerungsversatz korrigierten, zweiten Zeitsteuerausgabe erzeugt wird.

In dem Verfahren wird die im Schritt a) definierte Korrelationssequenz aus einer Autokorrelation erhalten, die mehrere Male pro Zeitsteuerungszyklus ausgeführt wird, um die resultierende Genauigkeit zu verbessern.
Das Teilsystem nach der vorliegenden Erfindung kann in einem Burst-Start-Demodulator für einen Kommunikationsempfänger eingesetzt werden, wobei der Demodulator umfasst:

a) eine Burst- und Zeitsteuerungssynchronisationsstufe, die dazu ausgebildet ist, ein isoliertes und ins Basisband umgewandeltes bzw. konvertiertes Signal zu empfangen, und die dazu ausgebildet ist, zurück gewonnene Signalproben bzw. Signalabtastwerte zu erzeugen, wobei die Burst- und Zeitsteuerungssynchronisationsstufe folgendes umfasst: ein Teilsystem, wie oben beschrieben;
b) eine Equalizer- bzw. Entzerrerstufe, die dazu ausgebildet ist, entzerrte Signalabtastwerte zu erzeugen;
c) eine Rotator- und Phasenabschätzungsstufe, die dazu ausgebildet ist, mit der Trägerphase synchronisierte Signalabtastwerte zu erzeugen; und
d) eine Detektorstufe, die zum Erzeugen von detektierten Symbolen ausgebildet ist.

Das Teilsystem nach der vorliegenden Erfindung kann auch in einem Abschlusssystem für ein Kabelmodem (CMTS, Englisch: Cable Modem Termination System) für ein Kabelsystem verwendet werden. Das CMTS umfasst:

a) eine Modulatorvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine Ausgabe für die Vorwärtsverbindung des Kabelsystems zu erzeugen;
b) eine Demodulatorvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein empfangenes Signal von der Rückleitung (Englisch: Return Path) des Kabelsystems zu verarbeiten, wobei die Demodulatorvorrichtung ein Teilsystem wie oben beschrieben umfasst;
c) einen Netzwerkanpassungs- bzw. Adapterlogikschaltkreis, der mit der Modulatorvorrichtung und der Demodulatorvorrichtung gekoppelt ist und der Funktionen zur Steuerung, zur Medienzugangssteuerung und zum Unterteilen in Datenrahmen (Englisch: Framing) enthält.

Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren und Vorrichtungen bereit, die eine verbesserte Genauigkeit liefern zum Bestimmen der groben Zeitsteuerung des Beginns eines Datenbursts (beispielsweise wie von den Burst-Demodulatoren empfangen). Es werden eine Burst-Erkennung bzw. – detektion mit hoher Genauigkeit (innerhalb eines Viertels einer Symbolperiode, T/4 in einer veranschaulichten Ausführungsform) erzielt, zusammen mit guter Empfindlichkeit, verringerter Abhängigkeit von der Signalstärke, verringerter Empfindlichkeit auf lokalen AGC-Betrieb, niedrige Fehlerwahrscheinlichkeiten, sehr geringe Latenzzeit und eine hoch-effiziente Benutzung der Hardware. Die Erfindung benutzt eine Kombination von selektiv ausgewählten Autokorrelationssequenzen, Zurückweisen bzw. Un terdrücken von durch Signalpegel induzierte Autokorrelationsvariationen, und parabolische Interpolation.
Die vorgeschlagene Lösung basiert den Bursterkennungsvorgang auf eine Auswertung von Korrelationsmoduli. Genauer gesagt wird eine Autokorrelation ausgeführt auf dem isolierten und ins Basisband umgewandelten, empfangenen Signal unter Benutzung einer in einer Präambel eingebetteten Korrelationssequenz, die so ausgewählt ist, dass sie die gewünschten Autokorrelationseigenschaften bereitstellt. Insbesondere wird die Korrelationssequenz so gewählt, dass ein Scheitelwert bzw. eine Spitze mit steiler Steigung die Autokorrelationsantwort im Zeitbereich auf das Durchlaufen der empfangenen Präambel mit der eingebetteten Sequenz kennzeichnet. In einer veranschaulichten, jedoch nicht begrenzenden Ausführungsform wird eine Sequenz aus der Familie der Sequenzen mit konstanter Amplitude und einer Autokorrelation von Null (CAZAC, Englisch: Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) verwendet.
Eine Anzahl von Hardware-Effizienzen sind in der Korrelationsstufe der vorliegenden Erfindung verwirklicht worden. Erstens erfordert sie keine vorangehende Burst-Erkennungsstufe (im Gegensatz zu Korrelationsstufen, die zur Datenrahmensynchronisation im Stand der Technik benutzt worden sind). Zweitens werden die gleichen Korrelationen, die zum Erkennen des Burst-Beginns im Mess- bzw. Rangingmodus verwendet werden, vorzugsweise auch zur Datenrahmensynchronisation im Verkehrsmodus benutzt. Des Weiteren wird der Autokorrelationsschaltkreis vorzugsweise mehrere Male pro Zeittaktperiode verwendet (durch sequenziellen Betrieb in getrennten vielfachen Teilphasen der Zeitsteuerung), um einen Grad an Genauigkeit bereit zustellen, der andernfalls eine entsprechende Vielzahl von Autokorrelationsschaltkreisen erfordern würde.
Der Autokorrelationsausgang wird sowohl einer Kontrasterkennungsfunktion als auch einer Korrelationsmaximierungsfunktion zugeführt. Zur Benutzung im Messmodus erzeugt die Kontrasterkennung eine (als Kontrastverhältnis bezeichnete) Metrik, in dem die aktuelle Korrelationskenngröße in Bezug auf benachbarte Korrelationskenngrößen in einer Weise (definiert durch eine spezifische Kontrastfunktion C(t)) ausgewertet wird, die bezüglich Burstbeginn-Signalniveauübergange sensitiv ist, jedoch bezüglich einer mit verschiedenen Betriebsbedingungen zusammenhängenden Variabilität des Leistungspegels (d.h. der Signalstärke) unempfindlich ist. Wenn das Kontrastverhältnis einen gewählten Schwellwert übersteigt, signalisiert die Kontrasterkennung eine zwischenliegende Burstandeutung bzw. -indikation an die Korrelationsmaximierungsfunktion.
Die Korrelationsmaximierungsfunktion umfasst einen zeitindexierten Ablaufpufferspeicher (Englisch: History Buffer), der die letzten bzw. kürzlichsten Abtastwerte des Autokorrelationsausgangs umfasst. Es wird entweder die Burst-Angabe aus der Kontrasterkennungsfunktion (wenn im Messmodus) oder eine a priori Burstzeitsteuerungsinformation aus der CMTS (wenn im Verkehrsmodus) verwendet, um ein Zeitfenster innerhalb des Ablaufpuffers zu definieren und die Suche nach dem Autokorrelationsmaximum innerhalb des Fensters zu initiieren. Das heißt, es wird eine durch das Zeitfenster begrenzte Suche nach dem Maximum der Autokorrelationskenngröße ausgeführt. Die dem Korrelationsmaximum zugeordnete Zeit ist die näherungsweise Zeit für den Beginn des Bursts. Die auf diese Weise durch die Suche identifizierte Burstbeginnangabe ist exakt innerhalb eines Mehrfachen des Teiltaktes, der den Autokorrelationsergebnissen zugeordnet ist (in der veranschaulichten Ausführungsform eine Hälfte einer Symbolperiode, T/2). Anschließend wird parabolische Interpolation angewendet, um eine Gesamtburstbeginnangabe mit zusätzlicher Genauigkeit (innerhalb eines Viertels einer Symbolperiode, T/4 in der veranschaulichten Ausführungsform) zu liefern.
Die vorliegende Erfindung wird nun in größerer Ausführlichkeit mit Verweis auf eine nicht begrenzende Ausführungsform davon und mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben, für die gilt:
1A und 1B veranschaulichen ein HFC-Kabelsystem nach dem Stand der Technik. 1A ist eine Ansicht des Kabelsystems auf oberstem Niveau. 1B gibt zusätzliche Einzelheiten der CPE der 1A;
2A stellt Einzelheiten der internen Architektur des Demodulators 1000 der 1A bereit;
2B stellt Einzelheiten einer Implementierung der Burst- und Zeitsteuerungssynchronisation 1500 der 2A bereit;
3 stellt Einzelheiten einer veranschaulichenden Ausführungsform der Burst- und Zeitsteuerungssynchronisation 1500 der 2A bereit und gibt so einen zusätzlichen Systemkontext für die Erfindung;
4 ist ein konzeptuelles Blockdiagramm des Blocks der groben Zeitsteuerung zur Synchronisation 1550 der 3 mit einem ersten Grad von Genauigkeit; und
5 stellt Einzelheiten einer veranschaulichenden Implementierung der groben Zeitsteuerungssynchronisation 1550 der 4 bereit.
Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vielzahl von Bursterkennungsanwendungen anwendbar. In einer veranschaulichenden, jedoch nicht beschränkenden Ausführungsform findet der Block 1550 der groben Zeitsteuerung zur Synchronisation der vorliegenden Erfindung eine besondere Anwendung in der Systemumgebung, die vorhergehend durch die Funktionalität des Burstzeitsteuerungs- und Synchronisationsblocks 1500 der 2A auf höchstem Niveau der Funktionalität definiert ist, und der jedoch durch die 3 anstelle der 2 weiter ausgeführt wird. In dem Burstzeitsteuerungs- und Synchronisationssblock 1500 der 3 wird die feine Zeitsteuerungssynchronisation 1580 vorzugsweise unter Benutzung des bekannten Meyr-Algorithmus 1570 implementiert. Es ist auch bevorzugt, die Implementierung der optionalen Kanalbestimmung 1585 und der optionalen Leistungsbestimmung und Skalierung 1590 mit einzuschließen.
4 ist ein konzeptuelles Blockdiagramm des Blocks 1550 der groben Zeitsteuerungssynchronisation der 3, mit einem ersten Grad von Einzelheiten gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie vorhergehend eingeführt und in Einzelheiten weiter unten besprochen, wird ein Autokorrelationsschaltkreis 4100 zusammen mit einer ausgewählten, in die Präambel eingebetteten Sequenz verwendet, so dass die Antwort im Zeitbereich der Autokorrelationsausgabe 4110 einen Scheitelwert bzw. eine Spitze mit steiler Steigung (d.h. Niveauübergänge mit starker Steigung) in Antwort auf den Empfang der ausgewählten Sequenz aufweist. Die Autokorrelationskenngrößen (die Abtastwerte von 4110) werden sowohl an die Kontrasterkennung 4200 als auch die Korrelationsmaximumsuche 4300 weitergegeben.
Die Kontrasterkennung 4200 benutzt eine Kontrastfunktion (weiter unten ausgeführt), um zu bestimmen, ob ein Burst beobachtet worden ist. Die Kontrastfunktion ist sensitiv auf empfangene Signalübergänge, die dem Ansatz bzw. Anwachsen eines Bursts zugeordnet werden können, während sie unempfindlich ist in Bezug auf Variationen im Pegel des empfangenen Signals, die verschiedenen Betriebsbedingungen zugeordnet werden können. Beim Entscheiden, dass ein Burst erkannt worden ist, aktiviert die Kontrasterkennung 4200 das Signal BURST ERKENNUNG 4210.
Die Korrelationsmaximumsuche 4300 speichert eine laufende (kontinuierlich aktualisierte) Ansammlung der kürzlichen Korrelationskenngrößen. Auf der Grundlage der a priori Kenntnis der CMTS 4220 bezüglich des Burstzeitpunkts, oder beim Empfangen des Signals BURST ERKENNUNG 4210 beginnt die Korrelationsmaximumsuche 4300 eine Suche, um das Korrelationsmaximum zu identifizieren, das bei 4310 ausgegeben wird. Ob die a priori Kenntnis oder das Signal BURST ERKENNUNG benutzt wird, wird gemäß dem Signal „Modus" bzw. MODE 4280 bestimmt, wie veranschaulicht. Die Suchfenstergröße sollte dem Ausmaß der Zeitunsicherheit für die Suche entsprechen und es wird auch auf der Grundlage des Systemmodus (d.h. Mess- oder Verkehrsmodus; wie durch Modus 4280 angedeutet) basiert, und allgemeiner auf der funktionellen Konfiguration (d.h. der Baud-Rate) und anderen Systemvorgaben. Die dem Korrelationsmaximum zugeordnete Zeit ist die näherungsweise Zeit des Beginns des Bursts. Parabolische Interpolation 4400 wird ferner verwendet, um die Genauigkeit der letztendlichen Bursterkennungsausgabe zu vergrößern, und um das Signal GROBER BURST BEGINN 1555 zu erzeugen.
5 ist eine veranschaulichende Implementierung des Blocks 1550 der groben Zeitsteuerungssynchronisation der 3, die zusätzliche Einzelheiten der Erfindung bereitstellt. Die Funktion der Autokorrelation mit starker Steigung der 4 wird hier als CAZAC Korrelationsmaschine 5100 bezeichnet. Sie berechnet die Korrelation des Quadratur-Signalpaares 1105 (die von dem Front-End des Empfängers ausgegeben wird) und stellt auf der Leitung KORR_MOD 4120 Abtastwerte für den Speicher FIFO 4150 bereit. Wie besprochen schaltet der Betriebsmodus im Hintergrund wiederholt zwischen dem Messmodus und dem Verkehrsmodus unter der Steuerung der CMTS über das Signal MODUS 4280 um. In dem Verkehrsmodus ist die Position des Burstbeginns mit einer Unsicherheit von ±1,1 Symbolperioden für die höchste Baud-Rate bekannt. In dem Messmodus ist die Position des Burstbeginns mit einer großen Ungenauigkeit (typischerweise 3 ms) bekannt.
In der vorliegenden Erfindung stellt die Logik zur Fensterstart- und Größenbestimmung 4250 die Position des Burstbeginn-Zeitunsicherheits-Fensters gemäß den verschiedenen, in diesen beiden Modi angetroffenen Bedingungen ein. In dem Messmodus wird die Fenstergröße gesteuert durch das Signal Burst Erkennung 4210, das von dem Kontrasterkennungsschaltkreis 4200, 5200 geliefert wird. Die Fenstergröße muss ausreichend groß sein, um die Ungenauigkeit aufgrund der Begrenzungen in der Kontrasterkennungsfunktion zu kompensieren. In dem Verkehrsmodus wird die Fenstergröße gesteuert durch die a priori Kenntnis des CM Zeitversatzes. Diese Kenntnis wurde von der CMTS während eines vorhergehenden Messbetriebs erhalten. Die Fenstergröße in diesem Modus muss ausreichend groß sein, um die Unbestimmtheit des Zeitsteuerungsversatzes aufgrund der Begrenzungen in dem Messvorgang zu kompensieren.
CAZAC Korrelationsalgorithmus
In der veranschaulichenden Ausführungsform wird angenommen, dass die Präambel des empfangenen Bursts eine 26-Symbolsequenz gemäß der Familie von Sequenzen mit konstanter Amplitude und einer Autokorrelation von Null (CAZAC, Englisch: Constant Amplitude Zero Auto-Correlation). (Die Erfindung ist nicht auf die Sequenzen der CAZAC Familie beschränkt. Andere Sequenzfamilien, die vergleichbare Autokorrelationsantworten mit starker Steigung liefern, werden auch hinreichen.) Die Symbole nehmen vorzugsweise zwei entgegengesetzte Werte (antipodale Signale) an, die in der QPSK oder der 16-QAM Konstellation gewählt werden, jedoch sind andere Wahlen ebenfalls möglich. Die CAZAC-Sequenz mit 26 Symbolen wird aus der ursprünglichen Sequenz mit 16 Symbolen abgeleitet, indem die ersten fünf Symbole an ihrem Ende angefügt werden und die letzten fünf Symbole an den Anfang kopiert werden.
Es sei angenommen, dass
die periodische Autokorrelationsfunktion der 16-symbolischen CAZAC Sequenz bezeichnet, wobei die Variable τ (tau) eine Ganzzahl ist. L KORR steht für die Korrelationslänge, die gleich 16 ist. Die Symbole χ_i der Sequenz, i = 1 ... 16, werden so gewählt, dass:
für τ = –5 ... +5 und τ # 0 .
Die CAZAC Korrelationsmaschine 5100 berechnet ein Skalarprodukt (auch Korrelation genannt) zwischen den 16 Symbolen χ_i der CAZAC Sequenz und Abtastwerten r(t + i × T_s), die aus dem empfangenen Signal extrahiert worden sind. Es ist zu beachten, dass die Abtastwerte r(t + i × T_s) um die Symbolperiode T_s getrennt sind. Das ausgewertete Skalarprodukt ist:
Es sei angemerkt, dass R_rx (t, τ)= R_rx(t – τ × T_s, 0); es ist von R_rx (t, 0) abzuleiten.
Als ein bevorzugter Ansatz in der veranschaulichten Ausführungsform, um ein Unbestimmtheitsintervall von weniger als T_s/2 sicherzustellen, wird die Korrelation zweimal pro Symbolperiode berechnet, d.h. das Skalarprodukt R_rx (t, 0) wird für t = k × T_s und t = (k + 1/2)× T_s ausgewertet, wobei k eine Ganzzahl ist. Folglich wird die CAZAC Korrelationsmaschine 5100 zweimal pro Taktperiode betrieben.
Kontrastalgorithmus
Die Funktion des Kontrastalgorithmus ist es, zu entscheiden, ob in dem empfangenen Signal ein Burst vorhanden ist oder nicht. Die Entscheidung wird nach einiger, auf dem Inhalt der Präambel basierender Signalverarbeitung getroffen. Um diese Verarbeitung zu ermöglichen, speichert FIFO 4150 eine bewegliche Sequenz von 11 Korrelationskenngrößen, einschließlich der "mittleren" Kenngröße 4160, 5 "vorhergehenden" Kenngrößen 4170 und 5 "nachfolgenden" Kenngrößen 4180. Diese Kenngrößen werden der Kontrasterkennung 5200 bereitgestellt, um die Auswertung des unten beschriebenen Kontrastalgorithmus zu ermöglichen.
Ein internes Identifizierungssignal, genannt BURST-GEFUNDEN, wird auf 1 gesetzt, wenn der Kontrastalgorithmus entscheidet, dass ein Burst vorhanden ist, andernfalls wird dieses Identifizierungssignal immer auf 0 gesetzt.
Für einen gegebenen Wert der Zeit t nehmen wir an, dass 2 × W + 1 (11 in der veranschaulichten Ausführungsform) Skalarproduktwerte R_rx(t, τ) verfügbar sind (beispielsweise aus dem FIFO), für τ = –W ... +W. Diese 2 × W + 1 Korrelationen werden verwendet, um einen Kontrast zu erhalten, der definiert ist durch:
In einer bevorzugten Implementierung wird W auf 5 gesetzt. Nun wird ein vorgegebener Schwellwert S festgelegt. Die folgenden Regeln werden angewendet, um eine Entscheidung zu treffen: Falls C > S, dann wird BURST GEFUNDEN = 1, andernfalls wird BURST GEFUNDEN = 0.
Der Schwellwert S wird in geeigneter Weise ausgewählt, wenn P_nd und P_fa niedrig sind, und führt zu einer niedrigen Wahrscheinlichkeit, einen Burst zu versäumen.
Korrelationsmaximierung
Die Korrelationsmaximierungssuche 5300 findet das Maximum der Korrelationskenngröße |R_rx(t, τ)|² innerhalb eines um die erwartete Zeit t herum dynamisch bestimmten Bereichs. Dieser Bereich ist einem Zeitungenauigkeitsfenster für den Burstbeginn zugeordnet, das in der veranschaulichenden Ausführungsform durch die Logik zur Fensterstart- und Größenbestimmung 5250 über die Variable Fensterstart 4260 und Fenstergröße 4270 bestimmt wird. Verzögerte Korrelationskenngrößen 4190 werden von dem Ausgang aus dem FIFO 4150 empfangen und ein laufender (kontinuierlich aktualisierter) Ablaufpuffer dieser Kenngrößen wird beibehalten, je nach Erfordernis, um die Suche zu unterstützen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ablaufpuffer durch einen Gegenindex versetzt und dadurch effektiv zeitindexiert. In dem Messmodus wird die Suche initiiert durch eine in geeigneter Weise verzögerte Version des Signals BURST_ERKENNUNG 4210 aus der Kontrasterkennung 5200. In dem Verkehrsmodus wird die Suche initiiert durch eine a priori Kenntnis der CM Zeitsteuerung aus der CMTS 4220. Wenn das Korrelationsmaximum einmal gefunden ist, wird die damit zugeordnete Zeit als die näherungsweise Zeit für den Beginn des Bursts angenommen. Die dem Korrelationsmaximum zugeordnete Zeit wird (in der Form eines Versatzzeigers mit Auflösung T/2) als Signal MAX POSITION 4310 der Synchrobursterzeugung 4500 bereitgestellt.
Parabolische Interpolation
Die Korrelationsmaximumsuche 5300 stellt der parabolischen Interpolation 5400 die Amplitudenwerte der aus dem Ablaufpuffer ausgelesenen, drei aufeinanderfolgenden Korrelationskenngrößen zur Verfügung: Die maximale Korrelationskenngröße, der unmittelbar benachbarte, vorhergehende (T/2 früher in der Zeit) Korrelationskenngröße und die unmittelbar benachbarte, darauffolgende (T/2 später in der Zeit) Korrelationskenngröße. In der Gleichung unten repräsentieren die Größen KORRMOD_MAX, KORRMOD_PREV und ^KORRMODNEXT jeweils diese Kenngrößen. In 5 repräsentieren KORR_MOD_TRIO 4306 jeweils diese Kenngrößen.
Die parabolische Interpolation 5400 benutzt diese drei Kenngrößen, zum Erzeugen eines Zeitversatzes, um die Genauigkeit der Burstbeginnzeit weiter zu verfeinern. Der parabolische Interpolationszeitsteuerungsversatz, Δt_parIn _ter, ausgedrückt in Symbolperioden, ist definiert durch:
Dieser Zeitsteuerungsversatz ist in geeigneter Weise quantifiziert auf einen vorbestimmten Satz von erlaubten Zeitfenstern, die in der veranschaulichten Ausführungsform aus: –(1/4 × T_s), 0 und +(1/4 × T_s) bestehen, die kollektiv durch den quantifizierten Versatz 4410 dargestellt werden.
Synchrobursterzeugung
Die Synchrobursterzeugung 4500 addiert den quantifizierten Versatz 4410 aus der parabolischen Interpolation 5400 auf den Zeitwert MAX POSITION 4310 und erzeugt das Signal GROBER_BURST_BEGINN 1565 in einer Weise, die den Beginn des erkannten Bursts mit einer Genauigkeit innerhalb von T/4 angibt.
Schlussfolgerung
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Verwendung bestimmter veranschaulichender Ausführungsformen beschrieben worden ist, so sollte verstanden werden, dass viele Variationen hinsichtlich des Aufbaus, der Anordnung und der Verwendung möglich sind und mit den Lehren und innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung konsistent sind. Beispielsweise können in jedem Komponentenblock der Erfindung die Bitbreiten, Taktgeschwindigkeiten und der verwendete Technologietyp allgemein variiert werden. Auch sind, außer dort, wo es spezifisch gegenteilig angegeben ist, die spezifizierten Wertebereiche sowie die verwendeten maximalen und minimalen Werte lediglich diejenigen der veranschaulichten oder bevorzugten Ausführungsformen, und sie sollten nicht als Beschränkungen der Erfindung herangezogen werden. Bestimmte bevorzugte Optionen, die in der veranschaulichten Ausführungsform verwendet werden, sind keine Beschränkungen der Erfindung. Funktionell äquivalente Techniken, die dem Fachmann bekannt sind, können anstelle der veranschaulichten eingesetzt werden, um verschiedene Bauteile oder Teilsystem zu implementieren. Beispielsweise kann die Autokorrelationssequenz aus einer anderen als der CAZAC Familie von Sequenzen ausgewählt werden. Die Kontrastfunktion ist nicht auf die spezifische Kontrastfunktion der veranschaulichten Ausführungsform beschränkt. Verschiedene Ansätze können in äquivalenter Weise verwendet werden, um die FIFO Funktionalität für die Kontrasterkennung oder den Ablaufpuffer für die Korrelationsmaximumsuche zu implementieren. Alle derartigen Variationen im Entwurf umfassen unwesentliche Veränderungen in Bezug auf die Lehre, die durch die veranschaulichten Ausführungsformen gegeben werden. Die Namen, die den Verbindungen und der Logik gegeben werden, sind veranschaulichend, und sollten nicht herangezogen werden, um die Erfindung zu beschränken. Es sollte auch verstanden werden, dass die Erfindung eine breite Anwendbarkeit auf andere Kommunikations- und Netzwerkanwendungen aufweist, und sie ist nicht auf die bestimmte Anwendung oder Industrie der veranschaulichten Ausführungsformen beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist daher so zu verstehen, dass sie alle möglichen Modifikationen und Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Patentansprüche umfasst.

Claims

Ein Teilsystem (1550) zum Verarbeiten eines empfangenen Signals (1105), wobei das empfangene Signal (1105) eine Präambel mit einer darin eingebetteten Korrelationssequenz enthält, wobei die Korrelationssequenz so ausgewählt ist, dass ein Scheitelwert bzw. eine Spitze mit steiler Steigung die Autokorrelationsantwort im Zeitbereich auf das Durchlaufen der empfangenen Präambel kennzeichnet, wobei das Teilsystem (1550) folgendes umfasst: a) einen Autokorrelationsschaltkreis (4100; 5100), verbunden mit dem empfangenen Signal (1105), wobei der Autokorrelationsschaltkreis dazu ausgebildet ist, Korrelationskenngrößen (Englisch: Correlation Moduli) (4120) als eine Ausgabe zu erzeugen, wobei die Korrelationskenngrößen auf der innerhalb der Präambel eingebetteten Korrelationssequenz basiert sind; und b) ein Schaltkreis zum Detektieren plötzlicher Amplitudenhäufungen bzw. ein Burst-Detektionsschaltkreis (4200; 5200, 4150), dazu ausgebildet, die Korrelationskenngrößen (4120) zu empfangen, wobei der Burst-Detektionsschaltkreis (4200; 5200, 4150) dazu ausgebildet ist, die Korrelationskenngrößen in Bezug auf sowohl vorhergehende (4170) als auch nachfolgende (4180) Korrelationskenngrößen auszuwerten in einer Weise, die auf die empfangenen Burst-Übergänge empfindlich ist, während sie auf Variationen im Pegel des empfangenen Signals nicht empfindlich ist, wobei der Burst-Detektionsschaltkreis ferner dazu ausgebildet ist, eine erste Zeitsteuerausgabe (4210) zu erzeugen, die indikativ dafür ist, ob ein Burst-Übergang vorkommt, wobei das Teilsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass der Burst-Detektionsschaltkreis (4200; 5200, 4150) einen Übergangserkennungsschaltkreis (5200) umfasst, der dazu ausgebildet ist, eine Übergangsmetrik zu einem festgelegten Zeitpunkt zu erzeugen, in dem er eine Korrelationskenngröße zu einer festgelegten Zeit (4160) in Bezug auf eine Summe der Korrelationsgrößen vor (4170) und nach (4180) der festgelegten Zeit auswertet, wobei die Summe die Korrelationskenngröße zu der festgelegten Zeit (4160) ausschließt, und die erste Zeitsteuerausgabe (4210) zu erzeugen, wenn die Übergangsmetrik einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt.
Das Teilsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Korrelationsmaximum-Suchschaltkreis (4300, 5300), gekoppelt mit den Korrelationskenngrößen (4110) und der ersten Zeitsteuerausgabe (4210) und dazu ausgebildet, eine zweite Zeitsteuerausgabe (4310) zu erzeugen; wobei die erste (4210) und zweite (4310) Zeitsteuerausgabe eine erste Zeitsteuergenauigkeit und eine zweite Zeitsteuergenauigkeit respektive aufweisen, wobei die zweite Zeitsteuergenauigkeit besser ist als die erste Zeitsteuergenauigkeit.
Das Teilsystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: einen Suchsteuerschaltkreis (4250), gekoppelt mit der ersten Zeitsteuerausgabe (4210), gekoppelt zum Empfangen von Betriebsmodusinformation (4280) und einem a priori Zeitsteuersignal (4220), das dem Teilsystem (1550) von extern zugeführt wird, und da zu ausgebildet, mit dem Korrelationsmaximumsuchschaltkreis (4300, 5300) verbundene Suchsteuersignale (4260, 4270) zu erzeugen.
Das Teilsystem nach Anspruch 3, wobei bei der Erzeugung der Suchsteuersignale (4260, 4270) und in Antwort auf die Betriebsmodusinformation (4280) der Suchsteuerschaltkreis (4250) dazu ausgebildet ist, zwischen der Benutzung des a priori Zeitsteuerungssignals (4220) und der ersten Zeitsteuerausgabe (4210) auszuwählen.
Das Teilsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, ferner umfassend: einen Schaltkreis für parabolische Interpolation (4400, 5400), gekoppelt mit dem Korrelationsmaximum-Suchschaltkreis (4300, 5300) und dazu ausgebildet, eine dritte Zeitsteuerausgabe (1550, 4410) zu erzeugen; und wobei die dritte Zeitsteuerausgabe (1550, 4410) eine dazugehörige dritte Zeitsteuergenauigkeit aufweist, wobei die dritte Zeitsteuergenauigkeit besser ist als die zweite Zeitsteuergenauigkeit.
Das Teilsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei ferner der Autokorrelationsschaltkreis (4100, 5100) dazu ausgebildet ist, N-mal pro Zeitsteuerungsperiode betrieben zu werden, und wobei die daraus resultierende erste Zeitsteuergenauigkeit N-mal besser ist als diejenige, die aus einem einzigen Vorgang pro Zeitsteuerperiode verfügbar ist.
Das Teilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Burst-Detektionsschaltkreis (5200, 4150) mit dem Autokorrelationsschaltkreis (5100) über einen FIFO Puffer (4150) (Englisch: First-In First-Out Puffer) gekoppelt ist.
Das Teilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Korrelationsmaximum-Suchschaltkreis (5300) mit dem Autokorrelationsschaltkreis (5100) über einen ersten FIFO Puffer (4100) gekoppelt ist.
Das Teilsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Suchsteuersignale (4160, 4270) Start-(4260) und Größen-(4270) Ausgaben enthält.
Das Teilsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der Korrelationsmaximum-Suchschaltkreis (5300) ferner dazu ausgebildet ist, Ausgaben zu erzeugen, die eine Vielzahl der der zweiten Zeitsteuerausgabe (4310) zugewiesenen Korrelationskenngrößen (4306) identifizieren.
Das Teilsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 10, ferner umfassend: einen Schaltkreis zur Genauigkeitsverbesserung (4500), gekoppelt mit dem Korrelationsmaximum-Suchschaltkreis (5300) und dem Schaltkreis für parabolische Interpolation (5400), und dazu ausgebildet, eine vierte Zeitsteuerausgabe (1565) aus der zweiten Zeitsteuerausgabe (4310) unter Benutzung der dritten Zeitsteuerausgabe (1550, 4410) als einen Zeitsteuerungsversatz zu erzeugen; und wobei die vierte Zeitsteuerausgabe (1565) eine zugehörige vierte Genauigkeit aufweist, wobei die vierte Genauigkeit besser ist als die zweite Zeitsteuergenauigkeit.
Das Teilsystem nach Anspruch 11, wobei die dritte Zeitsteuerausgabe (1555, 4410) berechnet wird als eine Funktion des Betrags einer Vielzahl der der zweiten Zeitsteuerausgabe (4310) zugeordneten Korrelationskenngrößen (4306).
Ein Verfahren zur Detektion plötzlicher Amplitudenanhäufungen bzw. Burst-Detektion in einem empfangenen Signal, das eine Präambel enthält, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: a) Auswählen einer innerhalb der Präambel eingebetteten Korrelationssequenz, so dass ein Scheitelwert bzw. eine Spitze mit steiler Steigung die Autokorrelationsantwort im Zeitbereich auf das Durchlaufen der empfangenen Präambel kennzeichnet; b) Erzeugen von Korrelationskenngrößen (4120) (Englisch: Correlation Moduli) auf der Grundlage der innerhalb der Präambel des empfangenen Signals enthaltenen Korrelationssequenz, wobei die Korrelationskenngrößen die Autokorrelation darstellen; c) Überwachen (5200) der Korrelationskenngrößen (4120) bezüglich Hinweiseen auf Burst-Übergänge (4210), wobei die Korrelationskenngrößen in Bezug auf sowohl vorhergehende (4170) als auch nachfolgende (4180) Korrelationskenngrößen ausgewertet werden in einer Weise, die auf empfangene Burst-Übergänge empfindlich ist, während sie auf Variationen im Pegel des empfangenen Signals nicht empfindlich ist; und e) Erzeugen einer ersten Zeitsteuerausgabe (4210), die indikativ ist für Burst-Übergänge, das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Auswertens der Korrelationskenngrößen in Bezug auf sowohl vorhergehende (4170) und nachfolgende (4180) Korrelationskenngrößen umfasst: Erzeugen einer Übergangsmetrik durch Auswerten einer Korrelationskenngröße zu einer festgelegten Zeit (4160) in Bezug auf eine Summe der Korrelationskenngrößen vor (4170) und nach (4180) der bestimmten Zeit, wobei die Summe die Korrelationskenngröße (4160) zu der festgelegten Zeit ausschließt, und dadurch, dass der Schritt der Erzeugens der ersten Zeitsteuerausgabe (4210) ausgeführt wird, wenn die Übergangsmetrik einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt.
Das Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: f) Ausführen einer Korrelationsmaximumsuche (5300) auf den Korrelationskenngrößen (4120) zum Identifizieren eines Korrelationsmaximums und seiner zugehörigen Zeit (4310) und Erzeugen einer zweiten Zeitsteuerausgabe (4310), wobei die Suche initiiert wird, wenn durch die erste Zeitsteuerausgabe (4210) ein Burst-Übergang angezeigt wird (4210).
Das Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: g) Erzeugen eines Zeitsteuerungsversatzes (4410) durch Ausführen von parabolischer Interpolation (4100) auf dem Betrag bzw. der Größe einer Vielzahl von Korrelationskenngrößen (4306) vor und nach dem Korrelationsmaximum (4310); und h) Bereitstellen einer Burstbeginn-Zeitausgabe (1555) als eine dritte Zeitsteuerausgabe (1555, 4410), die unter Verwendung der um den Zeitsteuerungsversatz (4410) korrigierten, zweiten Zeitsteuerausgabe (4310) erzeugt werden.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die im Schritt a) des Anspruchs 1 definierte Korrelationssequenz bereitgestellt wird von einem Autokorrelationsschaltkreis (5100), der dazu ausgebildet ist, dass er mehrere Male pro Zeitsteuerungszyklus ausgeführt wird, um die resultierende Genauigkeit zu verbessern.
Eine Burststart-Demodulatorvorrichtung (1000) für ein Kommunikationsempfangsgerät (500), die Demodulatorvorrichtung (1000) umfassend: a) eine Burst- und Zeitsteuerungssynchronisationsstufe (1500), dazu ausgebildet, ein isoliertes und ins Basisband umgewandeltes Signal (1105) zu empfangen und dazu ausgebildet, wiedergewonnene Signalproben (1106) zu erzeugen, wobei die Burst- und Zeitsteuerungssynchronisationsstufe (1500) folgendes umfasst: ein Teilsystem (1550) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; b) eine Entzerrerstufe (1600), dazu ausgebildet, entzerrte Signalproben (1108) zu erzeugen; c) eine Rotator- und Phasenabschätzungsstufe (1700, 1900), dazu ausgebildet, mit der Trägerphase synchronisierte Signalproben (1108) zu erzeugen; und d) eine Detektorstufe (1800), ausgebildet zum Erzeugen von detektierten Symbolen (1200).
Ein Abschlusssystem für ein Kabelmodem (CMTS, Englisch: Cable Modem Termination System, 500) für ein Kabelsystem, wobei das CMTS (500) umfasst: a) eine Modulatorvorrichtung (3000) dazu ausgebildet, eine Ausgabe für die Vorwärtsverbindung des Kabelsystems zu erzeugen; b) eine Demodulatorvorrichtung (1000), dazu ausgebildet, ein empfangenes Signal (1100) von der Rückleitung (Englisch: Return Path) des Kabelsystems zu verarbeiten, wobei die Demodulatorvorrichtung (1200) folgendes umfasst: ein Teilsystem (1550) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; c) einem Netzwerkanpassungs- bzw. Adapterlogikschaltkreis (2000) gekoppelt mit der Modulatorvorrichtung (3000) und der Demodulatorvorrichtung (1000) und enthaltend Funktionen zur Steuerung, Medienzugangssteuerung und zum Unterteilen in Datenrahmen (Englisch: Framing).