Hardware-based timing synchronization

Abstract

Am Institut für Nachrichten- und Hochfrequenztechnik der Technischen Universit ät Wien wurde 2005 ein rapid prototyping System aufgebaut, das es ermöglicht Algorithmen, die für Anwendungen der mobilen Kommunikation entwickelt wurden, in einem realen Übertragungssystem zu charakterisieren.<br />Um Mobilfunksysteme mit mehreren Zellen abbilden zu können muss das System auf mehrere Sender und Empfänger erweitert werden. Im Zuge dieser Umstellung wird ein System benötigt, das die Synchronisierung aller Teilnehmer sicherstellt. Die in dieser Arbeit entwickelten Geräte ermöglichen dies und somit das zeitgleiche Übertragen und Empfangen eines Datenblocks zu einem denierten Zeitpunkt. Zum Abgleich der Uhren der einzelnen Geräte wird ein Referenztakt verwendet, der aus einer Kombination von GPS Empfänger und Rubidium Frequenznormal erzeugt wird (diese Technik wird auch zur Synchronisierung von Mobilfunk Basisstationen verwendet [1]). Das entwickelte System zeichnet sich durch eine einfache Integrierbarkeit in das vorhandene Umfeld, sowie eine hohe Zuverlässigkeit aus. Weiters wird ein Softwaretool zur Verfügung gestellt, das die optimale Anpassung des Synchronisations Systems an die Gegebenheiten des rapid prototyping Aufbaus ermöglicht.<br />

In 2005, the Institute of Communications and Radio-Frequency Engineering at the Vienna University of Technology developed a rapid prototyping system to characterize mobile communications algorithms under real world conditions. In order to evaluate cellular radio communication systems, this system has been recently extended to multiple transmitters and receivers. As a consequence of this expansion, new hardware was required that is able to synchronize all base stations and receivers in time. In this thesis, a distributed system has been built which handles synchronous transmission and reception of data frames at a predened time instant. This synchronization system consists of standalone devices with an internal clock locked to a reference clock signal generated by a combination of a GPS receiver and a rubidium frequency standard.<br />The developed synchronization system is reliable and easy to integrate into existing rapid prototyping systems as it only requires a (usually already existing) local area network connection to operate. It supports a lot of dierent inputs and outputs for precisely timing external hardware such as linear positioning tables.<br />Furthermore a software tool is provided that derives optimum system settings for a local area network environment.