Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur drahtlosen Synchronisation von Mobilgeräten, insbesondere von mobilen Kommunikationsgeräten. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur drahtlosen Synchronisation von Mobilgeräten.

Hintergrund Mobile Geräte, insbesondere drahtlose mobile Kommunikationsgeräte, können über eine Funkverbindung mit einer Basisstation verbunden sein, um Informationen mit dieser auszutauschen. Dabei ist jede Basisstation normalerweise mit mehreren mobilen Geräten oder Mobilgeräten verbunden, die auch als Mobilteile oder Teilnehmer bezeichnet werden. Die Funkverbindung kann ein proprietäres oder ein genormtes Protokoll sowie ein Modulationsverfahren benutzen, nach denen sowohl die Basisstation als auch jedes der Mobilgeräte arbeiten. Für das Protokoll sind zwei grundsätzliche Ansätze als Frequenzmultiplex und Zeitmultiplex bekannt. Beim Frequenzmultiplex nutzt im einfachsten Fall jedes Mobilgerät eine zeitkontinuierliche Verbindung über eine separate Frequenz bzw. Frequenzband. Dagegen nutzen bei Zeitvielfachzugriffverfahren (TDMA, Time Division Multiple Access), oft auch als Zeitmultiplex bezeichnet, mehrere bzw. alle Mobilgeräte dieselbe(n) Frequenz(en) zeitlich versetzt, wobei die Zugriffe durch ein definiertes Zeitschema geregelt sind, das jedem Teilnehmer bestimmte Zeitschlitze zuordnet. Hier kann ein synchrones oder ein asynchrones Schema verwendet werden; bei einem synchronen Zeitschema werden jedem Teilnehmer feste Zeitabschnitte mit zyklischer Wiederholung zugeordnet, während es bei einem asynchronen Schema keine feste Zuordnung gibt. Für Zeitvielfachzugriffverfahren ist es aber im Allgemeinen erforderlich, dass alle Teilnehmer eine feste gemeinsame Zeitbasis nutzen. Dazu müssen selbst kleinste Abweichungen der jeweiligen Zeitbasis jedes Mobilgeräts gegenüber der Zeitbasis der Basisstation detektiert und korrigiert werden. In den meisten Fällen besteht zwischen der Basisstation und den Teilnehmern nur die Funkverbindung, die eine zunächst unbekannte, hauptsächlich vom räumlichen Abstand abhängige Signalverzögerung oder Latenz aufweist. Diese kann außerdem gestört werden durch Reflektionen und sich mit der Zeit ändern, da das Mobilgerät bewegt werden kann. Somit ergibt sich das Problem, wie die Mobilgeräte mit der Basisstation synchronisiert werden können. Hierfür sind mehrere verschiedene Verfahren mit unterschiedlichen Genauigkeiten bekannt.

Ein für Mobilfunk bekanntes Verfahren besteht darin, dass die Basisstation ein Signal mit einer vordefinierten Sequenz sendet, die eine Autokorrelation von Null aufweist. Dafür eignen sich beispielsweise sogenannte Zadoff-Chu-Sequenzen. Jedes Mobilgerät führt eine Korrelation des Empfangssignals mit der bekannten Sequenz durch, wobei sich wegen der Autokorrelationseigenschaften der Sequenz genau ein Korrelationsmaximum ergibt. Dessen Zeitpunkt wird detektiert und als Referenzzeitpunkt genutzt. Allerdings ergibt sich auch hier, entsprechend der Laufzeit des Funksignals, eine von der Entfernung abhängige Latenz. Somit ist der Referenzzeitpunkt im Mobilgerät mit einer Unsicherheit von z. B. einer oder mehreren Mikrosekunden behaftet. Da Zeitvielfachzugriffverfahren auf diesem Referenzzeitpunkt basieren, kann es deshalb notwendig sein, den Anfang und das Ende jedes Zeitschlitzes unbenutzt zu lassen, um diese Unsicherheit auszugleichen und so mögliche Kollisionen zu vermeiden. Um die Effizienz von Zeitvielfachzugriffverfahren zu erhöhen, ist eine genauere Synchronisation notwendig.

In der prioritätsbegründenden deutschen Patentanmeldung hat das Deutsche Patent- und Markenamt die folgenden Dokumente recherchiert: US 6 714 611 B1 , US 7 068 629 B1 , WO 94/ 28643 A1 und WO 94/ 30 024 A1. Zusammenfassung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur drahtlosen Synchronisation von Mobilgeräten bereit zu stellen. Vorzugsweise soll die Genauigkeit dabei unter 100 ns liegen. Es wird davon ausgegangen, dass das Mobilgerät und die Basisstation über eine Funkverbindung verbunden sind und jeweils eine eigene Zeitbasis aufweisen, wobei die Zeitbasis der Basisstation als Referenz dienen soll. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass die Funkverbindung Zeitschlitze nutzt, wobei zumindest ein definierter, zyklisch wiederholter Zeitschlitz für Kontrollinformation verwendet wird. Optional bilden dabei eine festgelegte Anzahl von Zeitschlitzen einen Rahmen, der ebenfalls zyklisch wiederholt wird. Die Zeitbasis und damit die Zeitschlitze der Basisstation und der Mobilgeräte liegen zunächst nicht synchron zueinander und werden erfindungsgemäß synchronisiert. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Der Anspruch 11 betrifft eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10, 12 bis 16 beschrieben.

Erfindungsgemäß sendet ein Mobilgerät ein erstes Synchronisationssignal an die Basisstation zu einem Zeitpunkt, der gemäß der Zeitbasis des Mobilgerätes ein Zeitschlitz für Kontrollinformationen ist. Beim Empfangen des ersten Synchronisationssignals in der Basisstation wird der Zeitpunkt des Empfangs gemäß der Zeitbasis der Basisstation als erster Messwert gemessen. Danach sendet die Basisstation ein zweites Synchronisationssignal an das Mobilgerät zu einem Zeitpunkt, der gemäß der Zeitbasis der Basisstation ein Zeitschlitz für Kontrollinformationen ist. Im Mobilgerät wird der Zeitpunkt des Empfangs des zweiten Synchronisationssignals gemäß der Zeitbasis des Mobilgeräts als zweiter Messwert gemessen. Außerdem wird der erste Messwert von der Basisstation an das Mobilgerät übertragen. Das Mobilgerät berechnet daraufhin einen Mittelwert aus dem ersten und dem zweiten Messwert und berechnet daraus einen Wert, mit dem es seine eigene Zeitbasis so korrigiert, dass sie synchron zur Zeitbasis der Basisstation ist.

Zu den Vorteilen der Erfindung gehört, dass das Verfahren von der Signallaufzeit des Funksignals weitgehend unabhängig ist und diese sogar messen kann. Außerdem ist es vorteilhaft, dass jedes Mobilgerät individuell synchronisiert wird und vorher, im Zustand der ungenauen oder fehlenden Synchronisation, nur ein einziges kurzes Signal sendet. Damit wird ein unkoordiniertes Senden von Signalen und damit eine mögliche Störung anderer Funkverbindungen minimiert. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Synchronisation weitgehend autonom im Mobilgerät erfolgen kann und keinen Einfluss auf die Basisstation oder auf andere Mobilgeräte hat. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt. Darin zeigt

Fig. 1 eine Übersicht über ein Funksystem;

Fig. 2 eine Rahmenstruktur von Funkrahmen, in einer Ausführungsform; Fig. 3 eine Struktur eines Funkrahmens, in einer Ausführungsform; Fig. 4 die Lage von Zeitschlitzen für Übertragungsdaten relativ zu Zeitschlitzen des Funkrahmens;

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und Fig. 6 ein Blockdiagramm eines Mobilgerätes. Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Übersicht über ein Funksystem mit einer Basisstation BS und mehreren Mobilgeräten TX1 , RX1 , TRX1 , die jeweils über eine Funkverbindung R1 , R2, R3 mit der Basisstation verbunden sind. Dabei greifen die Funkverbindungen zeitlich ineinander, wie weiter unten erläutert wird. Das Funksystem kann wie in diesem Beispiel für Audiodaten oder auch für andere Nutzdaten genutzt werden. Die Funkverbindungen sind grundsätzlich bidirektional, d.h. jedes Mobilgerät ist in der Lage zu senden und zu empfangen. Allerdings können die Nutzdaten jeweils unidirektional oder bidirektional übertragen werden. Beispielsweise ist ein erstes Mobilgerät TX1 ein drahtloses Mikrofon, das über eine Funkverbindung R1 Audiodaten an die Basisstation BS sendet. Ein zweites Mobilgerät RX1 ist dagegen ein Drahtlosgerät zum Anschluss eines Kopf- oder Ohrhörers und kann über eine Funkverbindung R2 Audiodaten von der Basisstation lediglich empfangen, z. B. ein sogenannter Taschenempfänger. Ein drittes Mobilgerät TRX1 ist ein Drahtlosgerät, an das sowohl ein Mikrofon als auch ein Kopf- oder Ohrhörer (beispielsweise ein Headset) angeschlossen werden kann. Es kann daher über die Funkverbindung R3 sowohl Audiodaten an die Basisstation senden als auch Audiodaten von der Basisstation empfangen.

Die Basisstation BS kann zwei oder mehr stationäre aktive Antennen ANT 1 , ANT2 nutzen, um die Funkabdeckung des Systems zu erhöhen. Diese können im Gleichwellenbetrieb gleichzeitig arbeiten. Dabei reicht für jedes einzelne Mobilgerät in bestimmten Fällen die Nutzung jeweils einer einzigen Antenne, wie weiter unten erläutert wird. Die Steuerung und Auswahl der jeweiligen Antenne kann durch die Basisstation erfolgen.

Fig. 2 zeigt die Struktur der verwendeten Funkrahmen. Dabei enthält jeder Rahmen F1 ,..., F5 mehrere Zeitschlitze (time slots), wovon je ein Zeitschlitz CS1 ,... ,CS5 für Kontrollinformationen und die restlichen Zeitschlitze AS für Nutzdaten wie z. B. Audiodaten verwendet wird. Im Beispiel des Funksystems aus Fig. 1 können jedem Mobilgerät ein oder mehr Zeitschlitze pro Rahmen für Nutzdaten zugeordnet sein. Fig. 3 zeigt als Beispiel einen einzelnen Rahmen F mit 16 Zeitschlitzen für Nutzdaten AS1 ,... ,AS16 (audio slots), wobei in einem synchronen System zumindest im eingeschwungenen bzw. synchronisierten Zustand jeder Rahmen dieselbe Struktur aufweisen kann. Beispielsweise kann dem ersten Mobilgerät TX1 jeweils der Zeitschlitz AS2 zugeordnet sein, in dem es einmal pro Rahmen Audiodaten an die Basisstation senden kann. Dagegen kann dem zweiten Mobilgerät RX1 zum Beispiel der Zeitschlitz AS3 zugeordnet sein, in dem es einmal pro Rahmen Audiodaten von der Basisstation empfangen kann. Um eine höhere Audiodatenrate und/oder eine kürzere Latenz zu erreichen, können den Mobilgeräten zusätzlich weitere Zeitschlitze zugeordnet werden. Beispielsweise kann dem zweiten Mobilgerät zusätzlich ein weiterer Zeitschlitz zugeordnet werden, z. B. AS11 , in dem es ebenfalls einmal pro Rahmen weitere Audiodaten von der Basisstation empfangen kann. Dem dritten Mobilgerät TRX1 schließlich werden mindestens zwei Zeitschlitze pro Rahmen zugeordnet, z. B. AS4 und AS12. In einem der Zeitschlitze kann es einmal pro Rahmen Audiodaten von der Basisstation empfangen, in dem anderen einmal pro Rahmen Audiodaten an die Basisstation senden. Auch hier können zur Erhöhung der Audiodatenrate bzw. zur Reduzierung der Latenz jeweils mehrere Zeitschlitze genutzt werden. Im Prinzip ist es außerdem möglich, dass dem zweiten Mobilgerät RX1 dieselben Zeitschlitze zugeordnet werden, die dem dritten Mobilgerät TRX1 für den Empfang von Audiodaten zugeordnet sind, wenn beide Mobilgeräte dieselben Audiodaten empfangen sollen (Multicast oder Broadcast). Insgesamt ergibt sich ein zeitlicher Rahmen, bei dem nach einem definierten Schema in jedem Zeitschlitz genau ein bestimmtes Mobilgerät oder die Basisstation senden darf, und das daher ein Zeitvielfachzugriffverfahren (TDMA) darstellt. Das Schema kann flexibel geändert werden, wenn das Funksystem initialisiert wird oder wenn im Betrieb ein Mobilgerät abgeschaltet oder dazugeschaltet wird. Allerdings setzt das System voraus, dass alle Teilnehmer dieselbe Zeitbasis nutzen, damit nicht zwei oder mehr Teilnehmer gleichzeitig senden, weil es dann zu Kollisionen käme. Die dazu notwendige Synchronisation kann erfindungsgemäß erreicht werden wie im Folgenden beschrieben.

In diesem Beispiel dauert jeder der Rahmen F1 ,... ,F5 je 1 ms, so dass sich bei konstanter Länge der Zeitschlitze eine Länge von ca. 58,82 me pro Zeitschlitz ergibt. Natürlich sind auch andere Rahmenstrukturen z. B. mit mehreren Kontrollzeitschlitzen, einer anderen Dauer und/oder einer anderen Anzahl von Zeitschlitzen für Nutzdaten möglich. Es können auch mehrere (z. B. 8) aufeinander folgende Rahmen einen sogenannten Superrahmen oder Überrahmen bilden, wobei die Belegung der Zeitschlitze, einschließlich der Nutzung der Kontrollzeitschlitze, für jeden Rahmen des Superrahmens individuell sein kann. Wichtig ist ein definiertes Raster von Kontrollzeitschlitzen. Da die Rahmenstruktur die Latenz der Datenübertragung mitbestimmt, was besonders für Audio- und/oder Videodaten kritisch ist, sollte jedem Mobilgerät möglichst oft ein Zeitschlitz zugeordnet werden, so dass die Latenz minimiert wird. Die Nutzdaten können komprimiert oder unkomprimiert sein. Zum Beispiel kann ein Nutzdaten-Zeitschlitz Audiodaten der letzten 1 ms komprimiert enthalten, so dass bei regelmäßig wiederholter Übertragung jede 1 ms die Audiodaten beim Empfang wieder komplett und lückenlos zusammengefügt werden können. Die Zeitschlitze CS, AS des Funkrahmens sind weiter unterteilt in Zeitschlitze zur sequenziellen Übertragung von Daten. Diese werden im Folgenden als Daten-Zeitschlitze bezeichnet, während die Zeitschlitze CS, AS des Funkrahmens Rahmen- oder TDMA- Zeitschlitze sind. Fig. 4 zeigt die Lage von Daten-Zeitschlitzen s1 .... ,s10 relativ zu den Zeitschlitzen CS, AS des Funkrahmens. In den Daten-Zeitschlitzen s1 .... ,s10 werden Kontroll- und Nutzdaten sequenziell mit hoher Frequenz übertragen. Die Nutzdaten können z. B. Audioabtastwerte (audio samples) sein. Beispielsweise kann jeder Daten-Zeitschlitz s1 , s10 eine Länge von 100 ns aufweisen, so dass theoretisch bis zu 588 Datenwerte (samples) pro TDMA-Zeitschlitz übertragen werden könnten. Dazu ist jedoch eine genaue Zuordnung der Daten-Zeitschlitze zu den TDMA-Zeitschlitzen notwendig. In dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel gehören vier der Daten-Zeitschlitze s1 ,... ,s4 in den Kontrollzeitschlitz CS, während sechs weitere Daten-Zeitschlitze s5,...,s10 in den ersten Nutzdaten-Zeitschlitz AS1 gehören. Als Referenz gilt die Zeitbasis der Basisstation. Die Zeitbasis eines Mobilgerätes kann jedoch leicht davon abweichen. In dem Fall liegen aus Sicht des Mobilgerätes nicht alle Daten-Zeitschlitze im korrekten Rahmen-Zeitschlitz. Beispielsweise liegen zunächst, wie in Fig. 4 a) gezeigt, aus Sicht des Mobilgerätes nur einer der zugehörigen Daten-Zeitschlitze s1 eindeutig in dem Kontrollzeitschlitz CS, während ein anderer Daten-Zeitschlitz s2 mit Kontrolldaten teilweise und zwei weitere Daten-Zeitschlitze s3, s4, die ebenfalls Kontrolldaten enthalten, vollständig im Nutzdaten- Zeitschlitz AS1 liegen. Je ungenauerdie Synchronisation ist, desto mehr Daten-Zeitschlitze können im falschen TDMA-Zeitschlitz liegen, was zu Kollisionen führt. Deswegen besteht eine mögliche Strategie darin, diese Daten-Zeitschlitze im Randbereich der TDMA- Zeitschlitze nicht zu nutzen. Mit einer verbesserten Synchronisation lassen sich jedoch im Mobilgerät mehr oder alle Daten-Zeitschlitze dem korrekten TDMA-Zeitschlitz zuordnen, wie in Fig. 4 b) gezeigt. Dies geschieht, indem die Zeitbasis des jeweiligen Mobilgeräts korrigiert wird, damit sie synchron zur Zeitbasis der Basisstation ist. Mit der verbesserten Synchronisation können mehr oder alle Daten-Zeitschlitze genutzt werden, so dass die Effizienz des Systems erhöht wird. Die Genauigkeit der Synchronisation sollte dazu vorzugsweise deutlich höher sein als die Breite eines Nutzdaten-Zeitschlitzes, in diesem Beispiel 100 ns. Fig. 5 zeigt in einer Ausführungsform ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Es wird darauf hingewiesen, dass in den Zeichnungen nur das Prinzip erläutert werden soll und daher die Länge der Rahmen und der Zeitschlitze und deren Verhältnis zueinander nicht maßstabsgetreu sind. Optional kann die Basisstation BS über eine oder mehrere ihrer Antennen, zum Beispiel ANT1 , ein Initialsignal BO an das Mobilgerät senden st1 , das eine Aufforderung zum Beginn des Synchronisationsvorgangs darstellt. Das Initialsignal BO kann in einem Kontroll-Zeitschlitz CS gesendet werden, aber im Prinzip auch in einem beliebigen Zeitschlitz, z. B. wenn sich die Basisstation und die Mobilgeräte in einem Pairing-Modus befinden. Das Initialsignal BO, oderein anderes, zuvor gesendetes Kontrollsignal, kann eine individuelle Kennung des Mobilgerätes enthalten. Das Mobilgerät empfängt das Initialsignal nach einer zunächst unbekannten Laufzeit d _R , die hier beispielsweise zu 200 ns angenommen wird. Die lokale Zeitbasis Ϊ _MT des Mobilgerätes kann bereits vor dem Empfangen des Initialsignals BO grob vorsynchronisiert sein, z. B. durch eine in DE 102021 113579 beschriebene modifizierte Zadoff-Chu-(Z-C-) Sequenz. Sie kann aber auch mit dem Empfang des Initialsignals B0 vorsynchronisiert werden, indem sie so eingestellt wird, dass der Empfangszeitpunkt des Initialsignals in einen Kontroll-Zeitschlitz fällt. In Fig. 5 wird angenommen, dass die Basisstation das Initialsignal B0 in einem Zeitschlitz sendet, der gemäß der Zeitbasis tes der Basisstation ein Kontroll-Zeitschlitz ist, und dass das Mobilgerät MT seine lokale Zeitbasis Ϊ _MT mit dem Empfang des Initialsignals B0 vorläufig justiert.

Das Mobilgerät antwortet auf das Initialsignal dann, wenn gemäß seiner vorsynchronisierten lokalen Zeitbasis Ϊ _MT der nächste Kontroll-Zeitschlitz folgt. Alternativ kann es auch in einem definierten späteren Kontroll-Zeitschlitz sein. Hier beginnt der eigentliche Synchronisationsprozess, indem das Mobilgerät ein erstes Synchronisationssignal B1 an die Basisstation sendet st2. In einem einfachen Beispiel wird die Zeitbasis Ϊ _MT des Mobilgeräts beim Empfang des Initialsignals B0 zurückgesetzt auf den Wert Null, zählt für die Dauer eines Funkrahmens (TDMA-Rahmen) und beginnt am Anfang des nächsten Rahmens wieder bei Null. Da die Kontroll-Zeitschlitze CS in diesem Beispiel am Rahmenanfang angenommen werden, sendet nun das Mobilgerät das erste Synchronisationssignal B1 an die Basisstation.

Die Basisstation empfängt st3 das erste Synchronisationssignal B1 und misst den Zeitpunkt des Empfangs TB,B gemäß seiner eigenen Zeitbasis tes. Der dabei gemessene Wert, im Beispiel 320 ns, wird als ein erster Messwert D1 gespeichert. Dann sendet st4 die Basisstation ein zweites Synchronisationssignal B2 zurück an das Mobilgerät. Dies geschieht innerhalb möglichst kurzer Zeit zu einem Zeitpunkt, der gemäß der Zeitbasis der Basisstation tßs in einem Zeitschlitz für Kontrollinformationen liegt, vorzugsweise im nächstfolgenden Kontroll-Zeitschlitz. Das ist deswegen vorteilhaft, weil der Funkkanal sich zeitlich verändern kann, z. B. indem das Mobilgerät bewegt wird, Reflexionen und Interferenzen dazukommen oder wegfallen können etc. Das Verfahren beruht jedoch auf Reziprozität, d.h. die Laufzeit des ersten Synchronisationssignals B1 vom Mobilgerät zur Basisstation und die Laufzeit des zweiten Synchronisationssignals B2 von der Basisstation an das Mobilgerät sollten gleich sein.

Im nächsten Schritt empfängt st5 das Mobilgerät das zweite Synchronisationssignal B2, wobei der Zeitpunkt des Empfangs TB.M gemäß der Zeitbasis des Mobilgeräts ΪMT als ein zweiter Messwert D2 gemessen wird. Da die Zeitbasen noch nicht synchron sind, unterscheidet sich dieser normalerweise vom ersten Messwert D1 , hier z. B. D2 = -80 ns (d.h. aus Sicht des Mobilgerätes vorzeitig). Damit sind die zeitkritischen Schritte der Synchronisation beendet. Nun wird z. B. in einem der nächsten Kontroll-Zeitschlitze der erste Messwert D1 von der Basisstation an das Mobilgerät gesendet st6. Das Mobilgerät empfängt st7 diesen Wert, vergleicht ihn mit dem zweiten Messwert D2 und korrigiert st8 seine Zeitbasis ΪMT SO, dass sie synchron zur Zeitbasis tßs der Basisstation ist. Die Genauigkeit entspricht dabei der zeitlichen Auflösung der jeweiligen Zeitbasen bzw. der beiden Messwerte.

Der Fehler e als die Abweichung zwischen den beiden Zeitbasen und die tatsächliche Signallaufzeit d werden gesucht (beide in Richtung der Zeitachse positiv gezählt). Die beiden Messwerte D1 , D2 stellen die Summe und die Differenz dieser beiden Werte dar, gemäß D1 = d + e und D2 = d - e. Die Korrektur kann dadurch erfolgen, dass das Mobilgerät einen Mittelwert aus dem ersten und dem zweiten Messwert gemäß d = (D1 + D2) / 2 bildet, in diesem Beispiel (320 ns + (-80) ns) / 2 = 120 ns. Dieser Mittelwert entspricht (unter den getroffenen Annahmen) der Signallaufzeit. Außerdem kann im Mobilgerät die Differenz zwischen dem ersten Messwert D1 und dem zweiten Messwert D2 gebildet und diese halbiert werden, im Beispiel (320 ns - (-80) ns) 12 = 200 ns. Diese Differenz entspricht dem Fehler e bzw. der Abweichung der Zeitbasis ΪMT des Mobilgerätes gegenüber der Zeitbasis tßs der Basisstation. Somit kann die Zeitbasis tivrr des Mobilgerätes korrigiert werden, indem sie gemäß der berechneten Abweichung verstellt wird, im Beispiel um -200 ns. Danach ist die Zeitbasis des Mobilgerätes ausreichend synchronisiert, damit alle Daten-Zeitschlitze in die richtigen TDMA-Zeitschlitze fallen, ohne dass es Kollisionen durch gleichzeitiges Senden verschiedener Teilnehmer gibt. Die Abweichung der Zeitbasen kann nach der Korrektur z. B. <50 ns betragen. Bei Bedarf kann nun noch eine weitere Feinjustierung mit anderen Verfahren vorgenommen werden. Die Synchronisationssignale B1 ,B2 können sogenannte Beacon-Signale mit einer vordefinierten bekannten Struktur bzw. Datensequenz sein, die sich durch Kreuzkorrelation des Empfangssignals mit der bekannten Datensequenz eindeutig detektieren lassen, wie beispielsweise Zadoff-Chu-Sequenzen. Auch das Initialsignal BO kann im Prinzip ein solches Beacon-Signal sein. Alternativ kann das Initialsignal BO ein anderes Signal sein und die Vorsynchronisation schon vorher mit einem anderen Beacon-Signal erfolgen, z. B. einer modifizierten Z-C-Sequenz.

Für die Funkübertragung der Daten-Zeitschlitze können verschiedene Funk- bzw. Modulationsverfahren verwendet werden. Besonders vorteilhaft sind Mehrträgerverfahren wie das orthogonale Frequenzmultiplex (Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM), da sie ein breites Frequenzband nutzen und wenig anfällig fürschmalbandige Störeinflüsse sind. Da verschiedene Modulationsverfahren aber durch Trägerfrequenzversatz (Carrier Frequency Offset, CFO) gestört werden, der z. B. durch Frequenzdrift oder den Dopplereffekt wegen eines bewegten Mobilgerätes auftreten kann, kann eine CFO- Messung vorgesehen werden. Eine solche Messung kann auf Basis von modifizierten Z-C-Sequenzen durchgeführt werden, wie in DE 102021 113579 beschrieben. Dabei wird eine Z-C-Sequenz in einem definierten, kurzen zeitlichen Abstand zweimal nacheinander gesendet, wobei die komplexwertigen Koeffizienten der Sequenz einmal unverändert und einmal konjugiert komplex sind. Die modifizierte oder die originale Z-C-Sequenz kann als Beacon- bzw. Synchronisationssignal B1 ,B2 zur zeitlichen Synchronisation dienen. Dabei ist zumindest das Beacon- bzw. Synchronisationssignal B1 vorzugsweise deutlich kürzer als der Kontroll-Zeitschlitz CS und liegt darin ungefähr mittig, so dass es auch bei maximal möglicher Abweichung der Zeitbasen tßs, ΪMT noch vollständig im Kontroll-Zeitschlitz liegt.

Ein Vorteil des Verfahren ist, dass das Mobilgerät vor dem Korrigieren seiner Zeitbasis keine weiteren Daten außer dem ersten Synchronisationssignal B1 sendet. Damit wird eine unkoordinierte Abstrahlung von Funksignalen vermieden. Daher können mit diesem Verfahren jederzeit weitere Mobilgeräte in das laufende Funksystem mit aufgenommen und dabei neu synchronisiert werden. In dem Fall kann, wenn das Initialsignal B0 benutzt wird, dieses sich spezifisch an das neue Mobilgerät richten, was z. B. durch eine Adressierung möglich ist. Ebenso ist eine Nachsynchronisation der Mobilgeräte im laufenden Betrieb möglich.

Die Entfernung des Mobilgeräts von der Antenne beeinflusst die Signalqualität, ebenso wie z. B. eine möglicherweise dazwischenliegende Störquelle. Daher kann, wie in der in Fig. 1 und Fig. 5 gezeigten Ausführungsform, die Basisstation für die Funkverbindungen mindestens zwei aktive Antennen ANT1 , ANT2 verwenden. Dabei können die Antennen normalerweise im Gleichwellenbetrieb laufen, also synchron zueinander und gleichzeitig die gleichen Signale senden. In einer Ausführungsform wird jedoch während der Synchronisationsphase für jedes Mobilgerät nur eine, z. B. die am besten geeignete Antenne ausgewählt und genutzt. Diese Auswahl kann später, z.B. bei einer Nachjustierung der Synchronisation, überprüft und angepasst werden. Durch die Nutzung nur einer Antenne wird die Reziprozität sichergestellt, d. h. gleiche Signallaufzeiten des ersten und des zweiten Synchronisationssignals B1 , B2. Für alle anderen Signale können im Prinzip mehrere oder alle Antennen genutzt werden. Die Verwendung mehrerer Antennen ermöglicht eine Reduzierung der Sendeleistung sowohl der Mobilgeräte als auch der Basisstation. In einer Ausführungsform empfängt die Basisstation das erste Synchronisationssignal B1 über mehrere oder alle seiner Antennen ANT1 , ANT2. Die Empfangssignale der Antennen werden verglichen und es wird detektiert, an welcher Antenne das Signal mit der höchsten Qualität, z. B. dem besten Rauschabstand (SNR), empfangen wird. Auch der Empfangszeitpunkt kann in die Detektion einfließen, wobei jedoch das erste empfangene Signal nicht zwangsläufig die beste Signalqualität liefert. Diejenige Antenne, die gemäß der Messung z. B. die beste Empfangsqualität für ein bestimmtes Mobilgerät liefert, wird für das jeweilige Mobilgerät ausgewählt und zum Messen des ersten Messwertes D1 und zum Senden des zweiten Synchronisationssignals B2 genutzt. Vorteilhafterweise funktioniert die Erfindung jedoch unabhängig davon, welche Antenne ausgewählt wird. Das Initialsignal BO kann im Prinzip von einer beliebigen einzelnen oder von allen Antennen gesendet werden. Bei späterer Nachsynchronisation im laufenden Betrieb kann es vorteilhaft sein, die für das jeweilige Mobilgerät benutzte Antenne auch für das Initialsignal zu nutzen. In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Synchronisation eines Mobilgerätes mit einer Basisstation, wie in Fig. 6 dargestellt. Die Vorrichtung 650 befindet sich im Mobilgerät 600, das außerdem als weitere Baugruppen einen Empfänger 610, einen Sender 620 und ein Zeitbasis-Modul 630 enthält. Das Zeitbasis-Modul kann eine Uhr, ein Timer, ein Zähler o.ä. sein und mit einem Kontrollmodul 640, z. B. einer Prozessoreinheit, verbunden sein. Der Sender 620 kann nach dem Einschalten deaktiviert sein. Er kann optional in manchen Fällen auch zunächst benutzt werden, um nach einem beliebigen Verfahren das Mobilgerät bei der Basisstation als Teilnehmer anzumelden, wird aber dann deaktiviert. Alternativ kann das Mobilgerät auch auf anderem Wege an der Basisstation bekannt gemacht werden, beispielsweise manuell über eine Nutzerschnittstelle (Ul). Der Sender 620 enthält in einer Ausführungsform ein Generatormodul 621 zum Erzeugen des ersten Synchronisationssignals B1 . Der Empfänger 610 enthält in einer Ausführungsform einen Detektor 611 zum Detektieren des zweiten Synchronisationssignals B2 im Empfangssignal sowie optional einen weiteren Detektor 612 zum Detektieren des Initialsignals BO im Empfangssignal. Nach dem Einschalten und ggf. dem Bekanntmachen des Mobilgerätes bei der Basisstation kann das Kontrollmodul 640 das Mobilgerät 600 in einen Pairing-Modus schalten, in dem es z. B. ein Initialsignal B0 von der Basisstation erwartet. Der Empfang eines Initialsignals, das die Basisstation in einer Ausführungsform speziell nur für dieses Mobilgerät 600 sendet, über eine Antenne ANT _MT wird durch ein Signal vom Empfänger 610 bzw. vom Detektor 612 an das Kontrollmodul 640 gemeldet. Es kann ebenfalls an das Zeitbasis-Modul 630 gemeldet werden und dieses vorsynchronisieren. Alternativ kann das Zeitbasis-Modul 630 auch vom Kontrollmodul 640 vorsynchronisiert werden. Daraufhin misst das Zeitbasis-Modul 630 die Zeit bis zum nächsten Kontroll-Zeitschlitz CS und gibt dann ein entsprechendes Triggersignal an den Sender 620 aus. Das Kontrollmodul 640 steuert den Sender 620 so, dass er auf das Triggersignal hin das erste Synchronisationssignal B1 über die Antenne ANT _MT des Mobilgerätes sendet.

An der Basisstation wird der Empfangszeitpunkt des ersten Synchronisationssignals B1 als erster Messwert gemessen und gespeichert, und zu Beginn des nächsten Rahmens wird das zweite Synchronisationssignal B2 von dort gesendet, wie oben beschrieben.

Im Mobilgerät 600 meldet das Zeitbasis-Modul 630 den Beginn des nächsten Rahmens durch ein Triggersignal an den Empfänger, der daraufhin das Empfangssignal auf das zweite Synchronisationssignal B2 hin untersucht. Außerdem kann das Zeitbasis-Modul 630 den Beginn des Rahmens an die Synchronisationsvorrichtung 650 signalisieren. Wenn der Empfänger 610 bzw. der Detektor 611 das zweite Synchronisationssignal detektiert, wird ein Signal an die Synchronisationsvorrichtung 650 gemeldet, die die aktuelle Zeit vom Zeitbasis-Modul 630 erhält und (als zweiten Messwert D2) speichert. Später empfängt der Empfänger den ersten Messwert D1 von der Basisstation und gibt diesen ebenfalls an die Synchronisationsvorrichtung 650 weiter. Diese kann aus dem empfangenen ersten Messwert D1 und dem gespeicherten zweiten Messwert D2 nun eine Signallaufzeit und einen Korrekturwert für das Zeitbasis-Modul 630 berechnen, wie oben beschrieben, und die berechneten Werte an das Kontrollmodul 640 und/oder direkt an das Zeitbasis-Modul 630 abgeben. Mit dem Korrekturwert wird dann das Zeitbasis-Modul 630 synchronisiert, so dass es synchron zur Zeitbasis der Basisstation läuft.

Wenn das Mobilgerät zum Empfang von Nutzdaten geeignet ist, so wie das in Fig. 1 gezeigte zweite und dritte Mobilgerät RX1 , TRX1 , kann der Empfänger 610 außerdem Nutzdaten gemäß dem Zeitbasis-Modul 630 aus dem Empfangssignal extrahieren, verarbeiten und ausgeben, z. B. Audiodaten über ein entsprechendes Codec und Verstärker (nicht dargestellt) auf einen Kopfhörer 710. Wenn das Mobilgerät zum Senden von Nutzdaten geeignet ist, so wie das in Fig. 1 gezeigte erste und dritte Mobilgerät TX1 , TRX1 , kann der Sender 620 außerdem Nutzdaten, z. B. Audiodaten von einem Mikrofon 720 über ein Codec (nicht dargestellt), empfangen, verarbeiten und gemäß dem Zeitbasis- Modul 630 als Sendesignal senden.

Die Erfindung, insbesondere einige oder alle Komponenten des Mobilgerätes 600, kann mit einem oder mehr konfigurierbaren Prozessoren implementiert werden. Ebenso kann die Basisstation mit einem oder mehr konfigurierbaren Prozessoren implementiert werden. Die Konfiguration erfolgt durch einen computerlesbaren Datenträger mit darauf gespeicherten Instruktionen, die geeignet sind, den Prozessor derart zu programmieren, dass dieser die Schritte (insbesondere die jeweils von der Basisstation bzw. vom Mobilgerät auszuführenden Schritte) des oben beschriebenen Verfahrens ausführt. Die Erfindung ist vorteilhaft zur Messung der durch einen Funkkanal entstehenden Verzögerung und zur zeitlichen Synchronisation von Mobilgeräten für ein Zeitmultiplexverfahren (TDMA), insbesondere in einem Mehrantennensystem. Sie verbessert die Synchronisation beispielsweise bei der Verwendung von OFDM, sogar in hochreflektiven Umgebungen wie z. B. Veranstaltungshallen. Zusätzlich wird bei der Nutzung von OFDM durch die verbesserte Synchronisation eine optimale Ausnutzung des zyklischen Präfix gewährleistet, weil das bei der Demodulation benutzte FFT-Fenster keine Signalanteile aus anderen OFDM-Symbolen mehr erfasst, die zu mehr Störungen führen würden. Der Zeitmultiplex kann daher mit geringeren zeitlichen Toleranzen durchgeführt werden, was die Effizienz steigert und die Latenz reduziert.