In drahtlosen lokalen Netzwerken werden mittlerweile Daten- übertragungsraten von bis zu 54 MBit pro Sekunde erreicht.

Die Spezifikationen hierzu finden sich in"IEEE 802. 11a- Part 11 : Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physi- cal Layer (PHY) specifications : High-speed Physical Layer in the 5 GHZ Band"sowie"IEEE 802. 11g-Part 11 : Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifi- cations : Further Higher Speed Physical Layer Extension in the 2,4 GHz Band"oder auch in"ETSI TS 101 761-1 Broadband Radio Access Networks (BRAN) ; Hiperlan Type 2 ; Physical (PHY) Lay- er". Zur Erkennung eines Nutzsignals wird nach einem periodi- schen Signal gesucht, welches am Anfang eines Datenbursts des Nutzsignals ausgesendet wird.

In Figur 1 ist ein Zeitdiagramm gezeigt, bei dem ab einem be- stimmten Zeitpunkt to zusätzlich zu einem Rauschsignal n (t) ein periodisches Signal u (t) mit definierter Periode auf- tritt. Auf der x-Achse des Diagramms ist dabei die Zeit in Einheiten einer Abtastzeitdauer, d. h. der Abtastindex, und auf der y-Achse die Amplitude des Gesamtsignals r (t) beste- hend aus dem Rauschsignal n (t) und dem periodischen Signal u (t) aufgetragen. Mittels eines Signaldetektors ist das Auf- treten des dem Rauschsignal n (t) überlagerten periodischen Signals u (t) zu detektieren. Wenn der Signaldetektor fehler- frei arbeitet, muss er bis zum Zeitpunkt to feststellen, dass kein periodisches Signal u (t) vorhanden ist. Die Wahrschein-

lichkeit einer fehlerhaften Detektion des periodischen Sig- nals muss in diesem Zeitraum möglichst gering sein. Nachdem das periodische Signal u (t) zum Zeitpunkt to aufgetreten ist, muss der Signaldetektor andererseits so schnell wie möglich das Vorhandensein des periodischen Signals u (t) nachweisen.

Die Fehlerrate soll dabei ebenfalls so gering wie möglich sein. Das periodische Signal u (t) und damit das Nutzsignal soll beispielsweise innerhalb von 4 ps mit einer Wahrschein- lichkeit von 90 % nachgewiesen werden.

Eine mögliche Verwendung eines solchen Signaldetektors ist in Figur 2 gezeigt. Das analoge komplexe Signal r (t), welches das Rauschsignal n (t) enthält und das periodische Signal u (t) enthalten kann, wird mittels eines Verstärkers mit automati- scher Verstärkungsanpassung 1 skaliert und einem Analog- Digital-Wandler 2 zugeführt. Das am Ausgang des Analog- Digital-Wandlers 2 abgreifbare digitale komplexe Signal s (t) wird dem Signaldetektor 3 zugeführt. Zudem wird das Signal s (t) einem Empfänger 4 zugeführt. Der Signaldetektor 3 teilt dem Empfänger 4 über ein am Detektorausgang DA anliegendes Signal mit, ob ein periodisches Signal detektiert wurde.

Weil der Verstärker mit automatischer Verstärkungsanpassung 1, im folgenden auch Automatic Gain Control (AGC) genannt, die Gesamtleistung verändert, genügt es für die Detektion des periodischen Signals u (t) nicht, nur die Leistungsveränderung des Signals s (t) zu überwachen. Der Verstärker mit automati- scher Verstärkungsanpassung 1 passt die Signalverstärkung von Zeit zu Zeit den Bedürfnissen an. Daher schwankt die Leistung am Eingang des Analog-Digital-Wandlers 2 und damit auch am Eingang DE des Signaldetektors 3, weshalb die Veränderung der Leistung im Eingangssignal s (t) keine verlässliche Aussage über das Vorhandensein oder die Abwesenheit des periodischen Signals u (t) zulässt.

In Figur 3 ist die Burststruktur gezeigt, wie sie in der oben genannten IEEE-Spezifikation definiert ist und zur Datenüber- tragung sowie zur Synchronisation zwischen Sender und Empfän- ger dient. Die Burststruktur beginnt mit einer aus kurzen Trainingssequenzen aufgebauten Präambel STP, welche auch als PLCP-Präambel oder OFDM training structur bezeichnet wird.

Ein 0,8 As langes Signal (kurze Trainingssequenz), in Figur 3 mit tl bezeichnet, wird innerhalb STP 10 mal für insgesamt 8 As wiederholt. In Figur 3 sind die Wiederholungen mit t2, t3, ..., t1o gekennzeichnet. Daran schließen sich eine aus einer Schutzzeit GI2 und zwei langen Trainingssequenzen T1 und T2 aufgebaute Präambel LTP an. LTP erstreckt sich ebenfalls über 8 As. Da es auf LTP und die LTP nachfolgenden Burst- Abschnitte SIGNAL, Datal, Data2 nicht ankommt, wird im Fol- genden darauf auch nicht weiter eingegangen. Erläuterungen hierzu finden sich im Abschnitt 17.3 der oben genannten Spe- zifikation IEEE 802. 11a.

Zur empfängerseitigen Erkennung eines Bursts wird das perio- dische Signal t1, t2,. .., tlo der Präambel STP verwendet. Um das periodische Signal im Signal s (t) zu detektieren, kann man die Ähnlichkeit des periodischen Signals ti, t2,..., tl. 0 mit sich selbst bei einer Verschiebung entsprechend der Sig- nalperiode ausnutzen. Für den Fall, dass kein periodisches Signal vorliegt, sollte das Signal s (t) auch keine Periodizi- tät aufweisen.

In der zweiten oben erwähnten Spezifikationen ETSI wird die kurze Trainingssequenz etwas anders definiert, die Periodizi- tät des periodischen Signals ist hier jedoch ebenfalls gege- ben. Es sei hier auf die Spezifikationsabschnitte 5.7 und 5.8 verwiesen. Daher kann die Detektion des periodischen Signals u (t), welches dem Rauschsignal n (t) überlagert ist, auch bei dieser Spezifikation auf die gleiche Art und Weise erfolgen.

In Figur 4 ist in Form eines Zeitdiagramms, bei dem auf der x-Achse der Abtastwerte-Index und auf der y-Achse die Ampli- tude in beliebigen Einheiten aufgetragen sind, der Realteil 4.1 und der Imaginärteil 4.2 von insgesamt 4 Signalen t1 bis t4 dargestellt. Die Abtastrate beträgt 20 MHz, d. h. 16 Ab- tastwerte entsprechen einer Wiederholungsdauer (0,8 us) des periodischen Signals u (t). Mittels des Signaldetektors 3 sollten die in Figur 4 gezeigten Signale t, bis t4 des perio- dischen Signals detektierbar sein.

Aus dem Stand der Technik"VLSI Implementation of IEEE 802. 11a Physical Layer, L. Schwoerer, H. Wirz, Nokia Research Center, 6th International OFDM Workshop 2001-Hamburg, Sei- ten 28-1 bis 28-4"ist ein Signaldetektor bekannt, der zur Detektion des periodischen Signals folgende Autokorrelations- funktion verwendet : Dabei ist T = 0,8 ps die Periode des periodischen Signals u (t) und T die Integrations-bzw. Summationszeitdauer.

In Figur 5 sind zwei Zeitdiagramme dargestellt, bei denen je- weils auf der x-Achse der Abtastwerte-Index und auf der y- Achse die Amplitude aufgetragen sind. Im oberen Diagramm ist das digitale komplexe Signal s (t) dargestellt. Beim Abtast- werte-Index 20 tritt das periodische Signal u (t) auf. Im un- teren Diagramm ist die Autokorrelationsfunktion ci (t), wie sie oben in Gleichung (1) angegeben ist, gezeigt. Dabei bein- haltet das Signal s (t) kein Rauschsignal. Die Integrations- bzw. Summationszeitdauer T beträgt 0,8 ys. Nach 1,6 As (entspricht 32 Abtastungen) korrelieren die letzten 0,8 As

des Signals s (t) mit den ersten 0,8 As des Signals s (t) per- fekt und die Autokorrelationssumme bleibt 1,6 As nach dem Auftreten des periodischen Signals konstant.

In Figur 6 sind ebenfalls zwei Zeitdiagramme gezeigt, wobei das obere Zeitdiagramm wiederum das Signal s (t) und das unte- re Zeitdiagramm die Autokorrelationsfunktion cl (t) zeigt. Die Abtastrate beträgt wiederum 20 MHz. Hierbei weist das Signal s (t) nun jedoch einen Rauschsignalanteil auf. Der Autokorre- lationswert cl (t) ist nunmehr nicht mehr stabil. Zudem weicht der Autokorrelationswert cl (t) auch bereits vor dem Auftreten des periodischen Signals vom Wert 0 ab. Um das periodische Signal sicher zu detektieren, ist ein Schwellenwert zu be- rücksichtigen. Überschreitet der Autokorrelationswert cl (t) den Schwellenwert, wird angenommen, dass das periodische Sig- nal vorliegt. Je höher der Schwellenwert ist, desto kleiner ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Autokorrelation gemäß der oben genannten Funktion ci (t) fälschlicherweise ein peri- odisches Signal detektiert. Dies hat jedoch zur Folge, dass es um so länger dauert, bis das periodische Signal detektiert ist, je höher der Schwellenwert thr ac ist.

Der Wert der Autokorrelation cl (t) hängt zudem von der Leis- tung des Signals s (t) ab. Der Schwellenwert muss daher der Signalleistung angepasst werden. Der Mittelwert der Leistung des Signals s (t) ist nicht konstant, weil der Verstärker mit veränderlicher Verstärkung 1, welcher vor dem Signaldetektor 3 angeordnet ist, versucht, das Ausgangssignal innerhalb ei- nes Intervalls zu halten. Dies ist erforderlich, um eine Ü- bersteuerung des Analog-Digital-Wandlers 2 zu vermeiden. Auch wenn das Eingangssignal r (t), wie in Figur 2 gezeigt, eine konstante mittlere Leistung aufweist, ist es nicht möglich, den Verstärker mit anpassbarer Verstärkung 1 sofort auf den richtigen Wert einzustellen. Dazu sind erst eine Reihe von Einstellungen erforderlich. Infolge der Veränderung der Ver-

stärkung treten also in jedem Fall Schwankungen in der mitt- leren Leistung des Signals s (t) am Eingang des Signaldetektors 3 auf. Hinzu kommt, dass der Verstärker mit anpassbarer Verstärkung 1 normalerweise erst dann auf einen festen Endwert eingestellt wird, wenn das periodische Signal detektiert wurde und das Nutzsignal empfangen wird. Daher muss die Leistung während des Detektionsprozesses geschätzt werden. Im Stand der Technik wird zur Schätzung der Leistung des Signals s (t) die folgende Formel verwendet : Die Leistung p (t) wird über die letzten T Sekunden des bei der Autokorrelation verwendeten Signals s (t) geschätzt.

Die Entscheidung, ob das periodische Signal vorliegt oder nicht vorliegt, wird mittels der Bedingung cl (t) > p (t) *trac (3) getroffen. Dabei bezeichnet thr ac den (nicht Leistungs- skalierten) Schwellenwert für die Autokorrelation. Falls cl (t) größer oder gleich dem Produkt aus Leistung p (t) und Schwellenwert thr ac ist, wird angenommen, dass ein periodi- sches Signal vorliegt.

Die Höhe des Schwellenwerts thr ac ist dabei das Ergebnis ei- ner Abwägung zwischen der gewünschten hohen Detektionssi- cherheit des periodischen Signals und einer andererseits mög- lichst schnellen Detektion des periodischen Signals.

Das Blockdiagramm in Figur 7 zeigt den Aufbau eines Signalde- tektors 3, welcher die im oben genannten Stand der Technik

angegebenen Gleichungen umsetzt. Die dicken Linien kennzeich- nen komplexe Signale, während die dünnen Linien reelle Signa- le kennzeichnen.

Der Signaldetektor 3, wie er in Figur 7 als Blockschaltbild gezeigt ist, weist einen Eingang DE auf, an dem das Eingangs- signal s (t), welches das digitale komplexe Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 2 ist, anliegt. Das Eingangssignal s (t) wird einer Einheit zur Leistungsschätzung 13 zugeführt, die an ihrem Ausgang das Leistungsschätzsignal p (t), welches nach Gleichung (2) berechnet wurde, zur Verfügung stellt.

Hierzu weist die Einheit zur Leistungsschätzung 13 eine Ein- heit zur Betragsquadratbildung 5 und einen Summierer 6 auf.

Gleichzeitig wird das Signal s (t) einer Autokorrelationsein- heit 15 zugeführt. Die Autokorrelationseinheit 15 umfast eine Einheit 9 zur Bildung des konjungiert komplexen Signals, eine Verzögerungseinheit 10 zur Verzögerung des Signals s (t) um die Periode, sowie einen Multiplizierer 16, welcher das Signal s (t) mit dem verzögerten, komplex konjungierten Signal s* (t-T) multipliziert. Hinter dem Multiplizierer 16 sind ein Summierer 11 mit der Summierzeitdauer T und eine Einheit zur Betragsbildung 12 angeordnet. Der Ausgang der Autokorrelati- onseinheit 15 ist mit einem ersten Eingang einer Entschei- dungseinheit 14 verbunden. An einem zweiten Eingang der Ent- scheidungseinheit 14 liegt der Schwellenwert thr ac an. Ein dritter Eingang der Entscheidungseinheit 14 ist mit dem Aus- gang der Einheit zur Leistungsschätzung 13 verbunden. Die Skalierung des Schwellenwertes thr ac erfolgt mittels des Multiplizierers 7. Die Überprüfung der Schwellenwertbedingung gemäß Gleichung (3) wird durch den Vergleicher 8 vorgenommen.

Am Ausgang DA des Signaldetektors 3 ist ein Detektorsignal d (t) abgreifbar, welches angibt, ob ein periodisches Signal detektiert wurde.

Die Verwendung der Autokorrelation zur Signaldetektion hat den Vorteil, dass die Form des periodischen Signals nicht be- kannt sein muss, um das periodische Signal zu detektieren.

Zur Detektion des periodischen Signals muss lediglich dessen Periode T bekannt sein. Bei stark verzerrenden oder störenden Übertragungskanälen wird die Form des empfangenen Signals in erheblichem Maße gegenüber dem ausgesendeten Signal verän- dert. Die Periode des ausgesendeten Signals bleibt jedoch er- halten. Bei diesen Übertragungsverhältnissen ist das Signal- zu-Rauschverhältnis (signal to noise ratio SNR), das benötigt wird, damit der Empfänger korrekt arbeitet, normalerweise re- lativ hoch-jedenfalls aber so hoch, dass die Signaldetekti- on durch Autokorrelation ohne weiteres gelingt. Mit anderen Worten : Bei einem stark verzerrenden Kanal besteht die Schwierigkeit nicht darin, das Vorhandensein des (stark ver- zerrten) Nutzsignals durch Autokorrelation im Detektor nach- zuweisen, sondern das Nutzsignal im Empfänger 4 zu dekodie- ren.

Anders liegen die Verhältnisse bei einem annähernd idealen Übertragungskanal. In diesem Fall kann das SNR, das für die Funktionsfähigkeit des Empfängers erforderlich ist, sehr niedrig liegen, gegebenenfalls bis zu 0 dB. Das heisst, dass der Empfänger ein stark verrauschtes Nutzsignal noch dekodie- ren kann. Es kann die Situation auftreten, dass der Empfänger das nahezu verzerrungsfreie, stark verrauschte Nutzsignal zwar dekodieren könnte, aber der Detektor, der die Autokorre- lation durchführt, nicht im Stande ist, das Vorliegen des Nutzsignals anzuzeigen. Mit anderen Worten : Bei einem annä- hernd idealen Kanal besteht die Schwierigkeit in der Signal- rkennung (Nachweis des Vorliegens des Nutzsignals) im Signal- detektor 3, nicht in der anschließenden Signal-Dekoierung im Empfänger 4.

Durch die Schwierigkeiten bei der Signalerkennung wird die Performance des Systems bestehend aus Empfänger 4 und Detek- tor 3 beeinträchtigt. Empfänger 4 und Detektor 3 bilden ein Gesamtsystem, welches gleichsam eine erhöhte Fehlerrate auf- weist. Die erhöhte Fehlerrate hat in nachteiliger Weise zu- sätzliche Wiederholungsübertragungen zur Folge. Letztlich be- wirkt dies eine Verminderung des Datendurchsatzes für das Ge- samtsystem.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung eines Nutzsignals anzugeben, die bzw. das auch bei unterschiedlichen Kanalverhältnissen eine gute Performance des Gesamtsystems ermöglicht. Insbesondere soll das Nutzsignal auch bei einem verzerrungsarmen aber stark rauschbehafteten Kanal sowohl sicher als auch schnell mit möglichst geringem Implementierungsaufwand erkannt werden.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Erkennung eines Nutzsignals mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch ein Verfahren zur Erkennung eines Nutzsignals mit den im Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung eines Nutzsig- nals, in welchem ein periodisches Signal enthalten ist, um- fasst demnach eine Autokorrelationseinheit zum Autokorrelie- ren eines Signals, in welchem das Nutzsignal vorhanden sein kann, eine Kreuzkorrelationseinheit zum Kreuzkorrelieren des Signals mit einem bekannten Signal und eine Verknüpfungsein- heit zur Verknüpfung der Ausgänge der Autokorrelationseinheit und der Kreuzkorrelationseinheit, die ein Verknüpfungssignal ausgibt, welches angibt, ob das Nutzsignal erkannt wurde.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung eines Nutzsig- nals, in welchem ein periodisches Signal enthalten ist, weist folgende Schritte auf. Ein Signal, in welchem das Nutzsignal

vorhanden sein kann, wird mittels einer Autokorrelation mit einer verzögerten Version von sich selbst korreliert und ein Autokorrelationssignal gebildet. Zudem wird das Signal mit- tels einer Kreuzkorrelation mit einem bekannten Signal korre- liert und ein Kreuzkorrelationssignal gebildet. Anschließend werden das Autokorrelationssignal und das Kreuzkorrelations- signal miteinander verknüpft und ein Verknüpfungssignal ge- bildet, das angibt, ob das Nutzsignal erkannt wurde.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die bereits be- kannte Nutzsignal-Erkennung mittels Autokorrelation durch ei- ne Nutzsignal-Erkennung mittels Kreuzkorrelation zu erwei- tern. Kreuzkorrelationsprozeduren sind an sich bekannt, wer- den in Mobilfunkempfängern typischerweise jedoch für Synchro- nisationsaufgaben und nicht für die Signaldetektion (Nachweis des Vorhandenseins eines Nutzsignals) eingesetzt.

Der wesentliche Vorteil der Kreuzkorrelation gegenüber der Autokorrelation besteht bei stark rauschbehaftenen Signalen darin, dass das bekannt Signal keinen Rauschbeitrag liefert und infolgedessen kein Produkt wie in der Gleichung (1) auf- tritt, in welchem zwei rauschbehaftete Faktoren s (t) und s* (t-T) miteinander multipliziert werden. Dadurch wird eine bessere Rauschfestigkeit bei der Signalerkennung erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen.

Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Amplitudenschätzeinheit zur Schätzung der Amplitude des Sig- nals (s (t)), wobei das von der Amplitudenschätzeinheit ausge- gebene Amplitudenschätzssignal der Verknüpfungseinheit zuge- führt ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass variie- rende Signalstärken keinen oder nur einen sehr geringen Einfluß auf die Nutzsignalerkennung haben.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Verknüpfungseinheit eine der Autokorrelationsein- heit nachgeschaltete erste Entscheidungseinheit, welche ein erstes logisches Signal ausgibt, das angibt, ob das Nutzsig- nal durch Autokorrelation erkannt wurde, eine der Kreuzkorre- lationseinheit nachgeschaltete zweite Entscheidungseinheit, welche ein zweites logisches Signal ausgibt, das angibt, ob das Nutzsignal durch Kreuzkorrelation erkannt wurde, und ein den beiden Entscheidungseinheiten nachgeschaltetes ODER- Glied, das das Verknüpfungssignal ausgibt. Eine solche Ver- knüpfungseinheit weist einen geringen Implementierungsaufwand auf.

Alternativ hierzu kann die Verknüpfungseinheit auch so ausge- bildet sein, dass nur eine einzige Schwellenwertentscheidung durchgeführt wird. In diesem Fall werden das Ausgangssignal der Autokorrelationseinheit und das Ausgangssignal der Kreuz- korrelationseinheit jeweils gewichtet und die gewichteten Ausgangssignale zur Erzeugung des Verknüpfungssignals ver- knüpft, z. B. addiert, und der Schwellenwertentscheidung un- terzogen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren können vorzugsweise in einem drahtlosen lokalen Netzwerk, insbeson- dere gemäß dem Standard IEEE 802. 11a oder dem Standard IEEE 802. 11g oder dem Standard ETSI TS 101 761-1 (BRAN), Hiperlan Typ2, eingesetzt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben ; in dieser zeigt : Fig. 1 ein Zeitdiagramm eines auszuwertenden Rauschsignals, dem ein periodisches Signal überlagert ist ;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Anwendungsmöglichkeit eines Signaldetektors zur Detektion des periodischen Sig- nals ; Fig. 3 eine Burststruktur, wie sie in der IEEE-Spezifikation beschrieben ist ; Fig. 4 ein Zeitdiagramm des Signals bei der Aussendung der Trainingssequenz-Präambel aus Figur 3 ; Fig. 5 den Signalverlauf eines am Eingang des Signaldetek- tors anliegenden Signals und den dazugehörigen Ver- lauf der Autokorrelationsfunktion ; Fig. 6 den Signalverlauf eines einen Rauschanteil aufweisen- den am Eingang des Signaldetektors anliegenden Sig- nals und den dazugehörigen Verlauf der Autokorrelati- onsfunktion ; Fig. 7 ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Signaldetektors in Analogie zum Stand der Technik ; Fig. 8A den Signalverlauf eines einen Rauschanteil aufweisen- den am Eingang des Signaldetektors anliegenden Sig- nals ; Fig. 8B den Verlauf der Autokorrelation des autokorrelierten Signals aus Figur 8A ; Fig. 8C den Verlauf der Kreuzkorrelation des kreuzkorrelier- ten Signals aus Figur 8A ; und Fig. 9 in Form eines Blockschaltbilds den Aufbau eines er- findungsgemäßen Signaldetektors.

Auf die Beschreibung der Figuren 1 bis 7 wird im folgenden nicht weiter eingegangen, sondern bezüglich der Erfindung auf die oben hierzu bereits gemachten Erläuterungen verwiesen.

Falls der Übertragungskanal nur eine geringe Verzerrung auf- weist, ist es möglich, einen der beiden Faktoren in Gleichung (1) vom Rauschen zu befreien. In diesem Fall ist das empfan- gene Signal bekannt und es gleicht dem ausgesendeten Signal, vgl. hierzu Figur 4. Somit lässt sich auch anhand der folgen- den Gleichung das Nutzsignal erkennen : wobei b (t) ein T Sekunden langer Signalanteil des bekannten ausgesendeten Signals ist. Dieser Signalanteil können zum Beispiel die Signale bzw. Symbole ti und t2 der Präambel STP oder auch ein anderer im Empfänger bekannter Signalabschnitt des gesendeten Signals sein. Ferner kann anstelle von b (t) in Gleichung (4) auch ein aus b (t) abgeleitetes oder transfor- miertes Signal verwendet werden, z. B. sgn (b (t)), wobei sgn (-) die Vorzeichenfunktion ist.

Die Gleichung (4) beschreibt die Kreuzkorrelation des Signals s (t) mit dem bekannten Signal b (t) (bzw. einem von dem be- kannten Signal b (t) abgeleiteten Signal). Üblicherweise wird die Kreuzkorrelation zur Synchronisation verwendet. Bei der erfindungsgemäßen Lösung dient sie jedoch zur Erkennung des Nutzsignals.

In Figur 8A ist das Nutzsignal 8.1, welches mit einem Rausch- signal 8.2 überlagert ist, gezeigt. Es sind nur die Realteile der beiden Signale dargestellt. Auf der x-Achse des Zeitdia-

gramms ist der Abtastwerte-Index (Abtastrate 20 MHz) aufge- tragen und auf der y-Achse ist die reelle Amplitude des Ge- samtsignals s (t) aufgetragen. Beim Abtastwert mit Index 20 tritt das Nutzsignal 8.1 auf. Es wird deutlich, dass das Nutzsignal 8.1 im Rauschen nahezu"untergeht", d. h. dass ein geringes SNR vorliegt.

In Figur 8B ist der Verlauf der Autokorrelation gemäß Glei- chung (2) gezeigt. Auch hier ist auf der x-Achse der Abtast- werte-Index und auf der y-Achse die Amplitude aufgetragen.

Dabei zeigt der Verlauf 8.3 den erwarteten Verlauf der Auto- korrelation für das rauschfreie Nutzsignal. Die Autokorrela- tion des mit einem Rauschsignal behafteten Nutzsignals ist als Signalverlauf 8.4 dargestellt. Es ist deutlich zu erken- nen, dass der Signalverlauf 8.4 stark vom erwarteten Signal- verlauf 8.3 abweicht. Unter bestimmten Bedingungen wird der leistungsangepasste Schwellenwert nach Gleichung (3) nicht rechtzeitig erreicht, was einem Fehler beim Signalempfang entspricht (der leistungsangepasste Schwellenwert p (t) *thr-ac muss relativ hoch sein, um die Wahrscheinlichkeit für eine fehlerhafte Detektion gering zu halten).

Im Zeitdiagramm in Figur 8C ist der Verlauf 8.5 der Kreuzkor- relation für das in Figur 8A dargestellte Signal gezeigt.

Auch hier ist auf der x-Achse der Abtastwerte-Index und auf der y-Achse die Amplitude aufgetragen. Der bekannte Signal- teil b (t), nachfolgend auch als Filter b (t) bezeichnet, wurde aus den beiden Signalen tl und t2 in Figur 3 gebildet. Die Maxima in Figur 8C, die unabhängig von der Filterlänge sind, treten alle 0,8 ps auf. Ihre Werte werden durch das Rauschen nicht stark verzerrt. Wie bereits erwähnt, werden diese Maxi- ma normalerweise benutzt, um ein Signal zu synchronisieren.

Im vorliegenden Fall werden sie jedoch zur Erkennung bzw. De- tektion des Nutzsignals verwendet. Dazu wird ein gegenüber dem bei der Autokorrelation verwendeten Schwellwert thr ac

anderer Schwellenwert thrcc gewählt. Der gewählte Schwellen- wert thrcc muss sicherstellen, dass mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit eine falsche Detektion ausgeschlossen ist.

Wie auch in Gleichung (1) hängt der Ausgangswert c2 (t) der Gleichung (4) von der Signalstärke ab. Da in Gleichung (4) jedoch nur einer der beiden Faktoren von der Signalstärke ab- hängt, ist die Amplitude des Signals s (t) und nicht dessen Leistung zu berücksichtigen. Dies kann zum Beispiel dadurch geschehen, dass die Quadratwurzel aus p (t) gemäß Gleichung (2) gezogen und für die Skalierung des Schwellenwertes thr cc verwendet wird.

Alternativ dazu ist es auch möglich, mittels einer Näherung zu arbeiten. Für die Näherung der Signalamplitude kann die folgende Gleichung verwendet werden : Dies führt zu einem weiteren Detektionskriterium : c2 (t) > m (t) *thrcc (6) wobei thrcc der zweite Schwellenwert (Schwellenwert für die Kreuzkorrelation) ist.

D. h., sobald Korrelationsspitzen auftreten, die das Produkt m (t) *thrcc übertreffen, wird eine Detektion des Nutzsignals angenommen. Zudem kann die Periode dieser Maxima für einen robusteren Algorithmus zur Nutzsignalerkennung herangezogen werden.

Die beiden Detektionskriterien gemäß den Gleichungen (3) und (6) werden z. B. mittels einer ODER-Verknüpfung verknüpft. Ein entsprechendes Blockschaltbild ist in Figur 9 gezeigt. Das Eingangssignal s (t), das am Eingang DE des Detektors anliegt, wird sowohl einer Autokorrelationseinheit AK als auch einer Kreuzkorrelationseinheit CK zugeführt. Die Ausgangssignale cl (t) bzw. c2 (t) der beiden Korrelationseinheiten AK und CK werden mittels einer Verknüpfungseinheit VE miteinander ver- knüpft. Die Verknüpfungseinheit VE überprüft die Bedingungen gemäß Gleichungen (3) und (6) und erzeugt intern jeweils ei- nen logischen Zustand"1", sofern die jeweilige Bedingung er- füllt ist. Diese logischen Signale werden in der Verknüp- fungseinheit VE ODER-verknüpft. Am Ausgang DA des (nicht ge- sondert dargestellten) ODER-Glieds, welcher auch den Ausgang des Detektors 3 bildet, ist ein Detektionssignal d (t) abgreifbar, das eine Information über das Vorhandensein des Nutzsignals liefert. Liegt der Ausgang DA des ODER-Glieds auf dem logischen Zustand"1", kann dies als Vorhandensein des Nutzsignals interpretiert werden.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann das Nutzsignal nunmehr auch unter den vielfältigsten Bedingungen sicher und schnell erkannt werden. Die erfindungsgemäße Lösung arbeitet sowohl bei verzerrten Kanälen mit hohen SNR-Anforderungen als auch bei nahezu idealen Kanälen, bei denen das erlaubte SNR sehr niedrig sein kann, korrekt. Dies führt zu einer Erhöhung der Anzahl korrekt empfangener Bursts. Die Anzahl der erneut zu übertragenden Bursts sinkt. Infolgedessen wird eine bessere Nutzung der verfügbaren Bandbreite mit einem größeren Daten- durchsatz erreicht.

Durch die Hinzunahme des auf der Kreuzkorrelation beruhenden Kriteriums (Gleichung 6) wird auch die Wahl eines geeigneten Schwellenwerts thr ac für die Autokorrelation einfacher, da dieser auf einem höheren Wert belassen werden kann, um eine

geringere Wahrscheinlichkeit für eine fehlerhafte Detektion zu erreichen.

An Stelle des ODER-Glieds zur Verknüpfung der beiden Korrela- tionseinheiten AK und CK können die beiden Ausgänge der Kor- relationseinheiten AK und CK auch mittels einer Gewichtungs- einheit miteinander verknüpft werden. Die Gewichtung der Aus- gangssignale cl (t) bzw. c2 (t) kann zusätzlich zu der Skalie- rung, d. h. der Berücksichtigung der Signalleistung bzw. der Signalamplitude entsprechend den Gleichungen (3) und (6), er- folgen. Die Verknüpfung kann z. B. eine Schwellenwertentschei- dung der skalierten, gewichteten und addierten Ausgangssigna- le cl (t) und C2 (t) der Autokorrelationseinheit AK und der Kreuzkorrelationseinheit CK sein.

Durch die Gewichtung lässt sich der relative Einfluss der beiden Detektionsmechanismen (Autokorrelation, Kreuzkorrela- tion) auf die Entscheidung nach Wunsch einstellen.

Der erfindungsgemäße Signaldetektor 3, wie er in Figur 8 ge- zeigt ist, kann mit seinem Eingang DE mit dem Ausgang des A- nalog-Digital-Wandlers 2 verbunden sein, siehe Fig. 2. An dem Eingang DE des Detektors 3 ist dann das Eingangssignal s (t) anlegbar, welches das digitale komplexe Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandler 2 ist.

Die in Figur 9 gezeigte Ausführungsform der Erfindung ist nicht darauf beschränkt, ausschließlich das Nutzsignal gemäß den beiden oben genannten Spezifikationen zu detektieren. Die Erfindung kann auch für die Detektion von reellen Signalen verwendet werden.

Ferner wird darauf hingewiesen, dass in der vorliegenden Schrift der Begriff"Autokorrelation"nicht nur die in Glei- chung (1) angegebene Korrelation des Signals s (t) mit sich

selbst sondern auch die Korrelation des Signals s (t) mit ei- nem vom Signal s (t) abgeleiteten (zeitverzögerten und konjun- giert komplexen) Signal einbezieht. Damit ist gemeint, dass das Autokorrelationssignal cl (t) z. B. auch gemäß der Glei- chung gebildet werden kann, wobei sgn (x) das Vorzeichen des komple- xen Signals s (t) bedeutet und im komplexwertigen Fall gemäß sgn (x) = sgn (Re (x)) + j-sgn (Im (x)) (8) definiert ist. Dabei bezeichnet j die imaginäre Einheit. Da die Amplitude des Signals sgn (s (t-T)) * konstant ist, ist in diesem Fall im übrigen eine Skalierung des Autokorrelations- signals cl (t) mit der mittleren Signalamplitude m (t) und nicht mit der Leistung p (t) durchzuführen. D. h., die Einheit zur Leistungsschätzung 13 kann entfallen, es wird lediglich eine Einheit zur Signalamplitudenschätzung gemäß Gleichung (5) benötigt, welche wesentlich aufwandsgünstiger als die Einheit 13 zur Leistungsschätzung implementierbar ist.

Ferner wird betont, dass in vielen Fällen die für die Erfin- dung erforderliche Hardware teilweise oder sogar vollständig bereits im Empfänger vorhanden ist, da für die Kreuzkorrela- tion die bereits vorhandene Kreuzkorrelatorschaltung für die Signalsynchronisation mitverwendet werden kann.