AT501427B1 - Qam-modulator - Google Patents

Description

2 AT 501 427 B1

Die Erfindung betrifft ein Breitbandkommunikationsnetz und insbesondere eine QAM-Modulator-Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 zur Verwendung in einer Kabelkopfstation für ein derartiges Kommunikationsnetz. 5 Heutige Breitbandkommunikationsnetze sind zur Übertragung von analogen und digitalen Daten, insbesondere Audio- und Videodaten ausgelegt. Als Modulationsart der Daten im BK-Netz wird in der Regel eine 64-Quadratur-Amplituden-Modulation (QAM) verwendet, die eine Nutzbitrate in einem Kanal mit einer Bandbreite von beispielsweise 8 MHz unter Berücksichtigung eines Roll-off-Faktors von 0,15 und einer Reed-Solonon-(204,188)Codierung von ca. io 38,1 Mbit/s ermöglicht. Eine höherstufige 256-QAM erlaubt bei 8 MHz-Kanal eine Nutzdatenrate von etwa 50,8 Mbit/s. Die digitale Übertragungstechnik im BK-Netz erlaubt eine effiziente Nutzung des Frequenzspektrums, sodass sich die Anzahl der zu übertragenden Programme stark erhöht, was gleichzeitig auch eine Senkung der Übertragungskosten pro Programm bedeutet. Beispielsweise können im Hyperband zwischen 302 und 446 MHz 13 Digitalkanäle genutzt 15 werden, über welche mit 64-QAM ca. 495 Mbits/s. und mit 256-QAM etwa 660 Mbit/s. übertragbar sind.

Bei der Einspeisung der unterschiedlichen Signale, beispielsweise eines digitalen Satellitensignals oder eines digitalen terrestrischen Signals in Form eines Fernsehprogramms erfolgt an der 20 als Kabelkopfstation bezeichnete Einspeisestelle eine Umsetzung des einkommenden Signals in die Modulationsart der Übertragung in dem BK-Netz, d.h. in eine Quadratur-Amplituden-Modulation. Diese Umsetzung erfolgt in einem QAM-Modulator, welcher die Umsetzung eines Transportdatenstroms in ein QAM-Datensignal vomimmt. Im Falle des Empfangs eines Transportdatenstromes via Satellit erfolgt eine Transmodulierung von QPSK (Quadratur Phase Shift 25 Key) in QAM (Quadratur Amplitude Modulation). Um im BK-Netz mehrere derartige Programmkanäle wie Fernsehkanäle übertragen zu können, wird das Basisbandsignal in einer Moduiator-einrichtung mit einem komplexen Trägersignal multipliziert, wodurch ein QAM-Bandpasssignal erzeugt wird, dessen Mittenfrequenz der Frequenz des Trägersignals entspricht und die als Zwischenfrequenz bezeichnet wird. Dieser Zwischenfrequenzbereich wird dann in einem Aus-30 gangsumsetzer in den HF-Bereich von 47 MHz bis 862 MHz hochgemischt.

Bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen eines Dual-QAM-Modulators ist jedem Basisbandsignal, das an einem Eingang anliegt, ein digital codiertes Zwischenfrequenzsignal an einem zugeordneten Ausgang zugewiesen, wobei die jedem Eingang zugeordneten Zwischenfre-35 quenzbereiche zumindest um einen Kanalbereich voneinander beabstandet sind, damit sich keine Überlappung der beiden Kanäle im BK-Netz ergibt. Bei der angegebenen herkömmlichen Schaltungsanordnung ist ein D/A-Wandler an jedem Ausgang des Dual-QAM-Modulators vorgesehen, welcher das jeweilige, digital codierte Zwischenfrequenzsignal in das zugeordnete analoge Zwischenfrequenzsignal umwandelt. Demgemäss ist für jedes Basisbandsignal, d.h. für 40 jeden Kanal, ein zugeordneter D/A-Wandler vorgesehen, wobei die erzeugten Zwischenfrequenzbandsignale zusammengefügt und in einem gemeinsamen Ausgangsumsetzer hochgemischt werden, sodass ein BK-Netzsignal resultiert, das sich aus mehreren QAM-Signalen innerhalb des Frequenzbereichs von 47 MHz bis 862 MHz zusammensetzt. 45 Unterschiedliche Schaltungsanordnungen zur Erzeugung eines QAM-Signals sind aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt die Druckschrift US 4,626,803 A beispielsweise einen digitalen I-Q-Modulator, bei dem ein Paar von digitalen Datenströmen im Basisband direkt in die Modulationsseitenbänder eines modulierten Trägers gebracht werden. In der Druckschrift US 4,961,206 A wird ein Datenmodem zur Benutzung in der Satellitenkommunikation offenbart. 50 Hierbei arbeitet das Datenmodem nach dem Prinzip der Quadraturmodulation. Die Druckschrift EP 0 458 385 A2 beschreibt einen Prozess zur Generierung eines Quadratur-Amplituden-Modulationssignals, wobei sich das Quadratur-Amplituden-Modulationssignal aus zwei Datenströmen zusammensetzt. 55 Bei den zitierten Druckschriften werden unterschiedliche Verfahren zur Erzeugung eines einzi- 3 AT 501 427 B1 gen QAM-Signals aus einem einzigen Basisbandsignal vorgestellt, was im Gegensatz steht zur vorliegenden Erfindung, bei der wenigstens zwei verschiedene QAM-Signale als Ausgangssignale dienen. 5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schaltungsaufwand bei der Umsetzung von Transportbanddaten in ein BK-Netz zu minimieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß schon mit einer QAM-Modulator-Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Schaltungsanordnung ist zum Modulieren von zumindest zwei Basisbandsignalen in zumindest zwei verschiedene, digital kodierte Zwischenfrequenzbandsignale ausgebildet, wobei io jedem Basisbandbereich ein Zwischenfrequenzbereich zugeordnet ist und jeder Zwischenfrequenzbereich höher liegt als die Frequenz des zugeordneten Basisbandes.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist zumindest zwei Eingänge zum Zuführen von jeweils einem zu modulierenden Basisbandsignal, wobei die Datenraten der zumindest 15 zwei Basisbandsignale identisch sind, sowie eine Modulatoreinrichtung zum Umwandeln der zugeführten Basisbandsignale mit zugeordneter Zwischenfrequenz auf. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Zusammenführungseinrichtung vorgesehen ist zum Zusammenführen der zumindest zwei QAM-Signale in einen «einzelnen digitalen Datenstrom, welcher die zumindest beiden QAM-Signale enthält sowie zumindest 20 einen Ausgang, an welchem der in der Zusammenführungseinrichtung erzeugte, und der zumindest zwei QAM-Signale umfassende digitale Datenstrom abgebbar ist.

Die Zusammenführung von mehreren QAM-Signalen am Ausgang der Modulator-Schaltungsanordnung weist den Vorteil auf, dass verschiedene QAM-Signale in nachfolgenden Bauteilen 25 zur Umsetzung in das BK-Netz zusammen verarbeitet werden können, sodass sich eine Reduktion der notwendigen Bauteile ergibt. Darüber hinaus bietet die Zusammenführung der QAM-Signale auf digitaler -Ebene gegenüber der herkömmlichen Zusammenführung der Kanäle auf analoger Ebene auch von technischer Seite, beispielsweise im Hinblick auf nicht zu berücksichtigende Laufzeitunterschiede zwischen den Signalen in der Zusammenführungseinheit Vorteile. 30

Wie dem Fachmann auf dem Gebiet erkennt, können bestimmte Funktionen ausführende Einrichtungen der erfindungsgemäßen QAM-Modulator-Schaltungsanordnung nicht nur durch Hardware, d.h. elektronische Bauteile, sondern zumindest teilweise auch softwareseitig durch eine programmgesteuerte Verarbeitungseinrichtung umgesetzt sein. 35

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß sind dabei die Datenraten der verschiedenen Basisbandsignale gleich, wobei dieser Wert vorgegeben sein kann. Dabei kann die Datenrate eines Basisbandsignals im We-40 sentlichen durch die Summe der Datenraten der Fernsehbildsignale festgelegt sein, welche von diesem Basisbandsignal umfasst sind. Darüber hinaus kann jedoch auch ein Mittel Vorgehen sein, welches durch das Einbringen von Zusatzbits dafür sorgt, dass die resultierende Datenrate, d.h. die Datenrate des Basisbandsignals gleich der vorgegebenen Datenrate ist. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass die erfindungsgemäße QAM-Modulator-Schaltungsanordnung 45 Basisbandsignale verarbeitet, welche alle die gleiche Datenrate aufweisen.

Es kann zweckmäßig sein, dass die zumindest zwei Basisbandsignale jeweils wenigstens zwei unterschiedliche Fernsehbildsignale aufweisen. Die Bezeichnung unterschiedliche Fernsehbildsignale bedeutet, dass die Fernsehbildsignale einen unterschiedlichen Inhalt besitzen, d.h. so unterschiedliche Fernsehprogramme wie ARD, ZDF, RTL etc. darstellen. Dabei kann sich die Anzahl der Fernsehbildsignale in einem Basisbandsignal von der Anzahl der Fernsehbildsignale in einem anderen Basisbandsignal unterscheiden. Beispielsweise kann ein Basisbandsignal fünf Fernsehbildsignale umfassen, während ein anderes Basisbandsignal sechs Fernsehbildsignale aufweist. Die Datenrate der einzelnen Fernsehbildsignale kann sowohl von Basisband 55 zu Basisband unterschiedlich sein kann, jedoch auch die Datenraten der Fernsehbildsignale 4 AT 501 427 B1 innerhalb eines Basisbandsignals.

Zweckmäßig kann vorgesehen sein, dass alle an den Eingängen der erfindungsgemäßen QAM-Modulator-Schaltungsanordnung anliegenden Basisbandsignale in einen einzelnen digitalen 5 Datenstrom an einen Ausgang umgesetzt sind, welcher alle den Basisbandsignalen zugeordnete QAM-Signale umfasst. Dabei ist die Anzahl der im Datenstrom umfassten QAM-Signale grundsätzlich nur durch die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Modulatoreinrichtung in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und der Bandbreite des Übertragungsmediums begrenzt. Je nach Ausführung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße io Schaltungsanordnung mehrere Ausgänge aufweist, wobei zumindest an einem ein digitaler Datenstrom abgebbar ist, welcher wenigstens zwei QAM-Signale umfasst.

Wie schon dargelegt, zeigt sich der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bei der Weiterverarbeitung des mehrere QAM-Signale umfassenden digitalen Daten-15 Stroms. Insbesondere kann mit einem einzelnen D/A-Wandler mit nachfolgendem Ausgangsumsetzer an dem zumindest einen Ausgang die gleichzeitige Umsetzung von mehreren QAM-Signalen ins BK-Netz realisiert sein. Durch den einzelnen D/A-Wandler wird ein analoger Datenstrom erzeugt, welcher die unterschiedlichen, analogen Zwischenfrequenzbereichsignale umfasst. Somit ist auch nur ein dem D/A-Wandler nachgeschalter Ausgangsumsetzer notwen-20 dig, der die Zwischenbereiche in die HF-Frequenzen des BK-Netzes umsetzt.

Um im Ansprechen auf das Nichtanliegen eines Eingangssignals an einem der Eingänge zu vermeiden, dass ungültige QAM-Signale erzeugt werden, kann vorgesehen sein, dass das diesem Eingang zugeordnete QAM-Signal abschaltbar ist. Somit liegen an dem zumindest 25 einen Ausgang nur gültige QAM-Signale an.

Diese Abschaltung kann durch ein Steuerregister zur Bezeichnung eines Eingangs mit nichtanliegendem Nutzsignal gesteuert sein, wobei im Ansprechen auf das Steuersignal zusätzlich eine Takteinrichtung einer Modulationseinrichtung, welche dem Eingang mit nichtanliegendem Nutz-30 Signal zugeordnet ist, abschaltbar ist. Auf diese Weise kann ein unnötiger Energieverbrauch in Teilen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vermieden werden, die-beim jeweiligen Betrieb nicht benötigt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einer Ausführungsform unter Bezug-35 nähme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei

Fig. 1 den prinzipiellen Verlauf eines Datenstromes von einem Satellitenempfänger in ein BK-Netz unter Verwendung einer erfindungsgemäßen QAM-Modulator-Schaltungsan-ordnung zur Umsetzung des Datenstromes in ein BK-Netz, 40 Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte QAM-Modulator-Schaltungsanordnung im Detail und

Fig. 3 das Ausgangssignal der in Fig. 2 dargestellten QAM-Modulator-Schaltungsanordnung zeigt.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen QAM-Modulator-Schaltungsanordnung wird im Folgenden 45 in einer Ausführungsform beschrieben, in welcher diese für die Transmodulierung oder Umsetzung von QPSK-Signalen von einem Satelliten in ein Breitbandkabelnetz ausgelegt ist. Die grundlegenden Stationen bei der Umsetzung zeigt Fig. 1. Die über Satellit rundgesendeten Daten werden mittels einer Satellitenantenne 2 erfasst und als QPSK-modulierte Daten zur Kopfstelle 5 übertragen. 50

Im vorliegenden Beispiel sollen zwei Kanäle mit einer Basisbandbreite von 8 MHz übertragen werden. In dem mit der Bezugsziffer 3 bezeichneten Satellitenreceiver erfolgt eine QPSK/Fernsehbild-Transportstrom-Umsetzung, ferner werden die Daten in Form von zwei Femsehbild-Transportströmen weiterverarbeitet. Jedes der beiden Basisbandsignale TS1, TS2 55 weist eine Datenrate von 38 Mbit/s auf. Dabei weist das Basisbandsignal TS1 ein Bouquet von 5 AT 501 427 B1 acht Fernsehbildsignalen und das Basisbandsignal TS2 ein Bouquet von zehn Fernsehbildsignalen auf. Obwohl die Anzahl der Fernsehbildsignale in beiden Basisbandsignalen TS1, TS2 unterschiedlich ist, sind die jeweils resultierenden Datenraten der beiden Basisbandsignale identisch. Beide Fernsehbild-Transportströme liegen jeweils an einem Eingang der QAM-5 Modulator-Schaltungsanordnung 1 an. An dessen Ausgang wird ein einzelner digitaler QAM-Datenstrom QAM_sum abgegeben, welcher die zugeordneten QAM-Signale beider Transportströme umfasst. Zur Differenzierung der beiden QAM-Signale weist das eine QAM-Signal eine Zwischenfrequenz von 36 MHz und das andere QAM-Signal eine Zwischenfrequenz von 44 MHz auf. Nachfolgend wird der digitale Datenstrom QAMjsum, welcher das QAM-Signal mit io digitaler Zwischenfrequenz von 36 MHz und das QAM-Signal mit digitaler Zwischenfrequenz von 44 MHz umfasst, auf einen Konverter 4 gegeben, weichereinen einzelnen D/A-Wandler mit einem nachgeschalteten Ausgangsumsetzer umfasst. Am Ausgang dieses Konverters 4 liegt das analoge Hochfrequenzsignal A an, das in ein Breitbandkabelnetz einspeisbar ist. 15 Fig. 2 zeigt in einer detaillierteren Darstellung den internen Aufbau der erfindungsgemäßen QAM-Modulator-Schaltungsanordnung 1. Wie oben beschrieben, liegen an den »beiden Eingängen die beiden, jeweils einem Fernsehkanal zugeordneten Transportströme TS1, TS2 an. Die beiden einlaufenden Basisbandsignale werden in jeweils zugeordneten und herkömmlich aufgebauten DVB (Digital Video Broadcast)-Funktionseinheiten aufgearbeitet. In derTigur sind der 20 Energieverwischer 6a, b, die Fehlerschutzschaltung 7a, b, der Faltungsinterleaver 8a, b, und der Symbolwortumsetzer 9a, b dargestellt. Nachfolgend werden die Daten in eine QAM-Modulator-Einrichtung 10a, b eingespeist, wobei beiden Modulatoren 10 a, b, mit unterschiedlichen Zwischenfrequenzen, hier 36 beziehungsweise 44 MHz, arbeiten, um beide Kanäle irrvBK-Netz zu trennen. 25

Die Modulatoren arbeiten in dem angegebenen Beispiel nach einem 64-QAM-Verfahren, so-dass mit einem einzelnen Symbol eine parallele Übertragung von 6 Bits realisiert ist.<Zur Erhöhung der Übertragungseffizienz sind natürlich auch andere, beispielsweise 2S6-QAM oder 1024-QAM-Verfahren möglich. 30

Der Ausgang der beiden Modulator-Einrichtungen 10 a, 10 b ist an zwei zugeordnete Eingänge einer Zusammenführungseinheit 11 angelegt, in welcher beide QAM-Signale digital überlagert werden, sodass am Ausgang der Schaltungsanordnung 1 ein Summen-Signal QAM sum ausgegeben wird, das die QAM-Signale beider Transportströme aufweist. Durch diese erfindungs-35 gemäße Zusammenführung der Kanäle auf digitaler Ebene vereinfacht sich -die nachfolgende Verarbeitung der Daten, da nur ein einzelner digitaler Datenstrom weiter zu bearbeiten ist, welcher die Informationen von mehreren, hier zwei Kanälen umfasst.

Der in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 erzeugte digitale Datenstrom OAMjsum 40 wird am Ausgang der Schaltungsanordnung ausgegeben und dann auf-einen einzelnen Konverter 4 gegeben, welcher einen einzelnen D/A-Wändler und einen einzelnen Ausgangsumsetzer aufweist. Der Konverter setzt das Summensignal QAM_sum in die Hochfrequenzlage des Breitbandkabelnetzes um. 45 Das Signal QAM_sum, d.h. das von der Zusammenführungseinheit 11 abgegebene Summensignal der beiden QAM-Signale mit unterschiedlichen digitalen Zwischenfrequenzen ist im Hinblick auf die Dämpfung D(v) in Fig. 3 dargestellt. Die Mittenfrequenz vl des ersten Kanals ist identisch mit der Frequenz des Trägersignals dieses Kanals, gleiches gilt für den zweiten Kanal, dessen Mittenfrequenz v2 bei 44 MHz liegt. Wie zu erkennen, beträgt die Bandbreite der beiden so Kanäle 8 MHz. Je nach Anwendung und Ausführung können die Bandbreite oder die Zwischenfrequenz auch andere Werte aufweisen, beispielsweise 6 MHz für die Bandbreite und 33 MHz für die Zwischenfrequenz.

In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen ist die erfindungsgemäße QAM-Modulator-55 Schaltungsanordnung nicht zur Umsetzung von Fernsehbild-Signalen, sondern von anderen

Claims (6)

1. 6 AT 501 427 B1 digitalen Nutzdaten ausgelegt. In allen Ausführungsformen werden mehrere, unterschiedlichen Kanälen zugeordnete Transportdaten in QAM-Signale mit unterschiedlichen Zwischenfrequenzen umgesetzt, in einer Zusammenführungseinheit zusammengeführt und als einzelner, digitaler Datenstrom an einem Ausgang der Schaltungsanordnung ausgegeben. Je nach Ausführungsform ist die erfindungsgemäße QAM-Modulator-Schaltungsanordnung als Ein-Chip-Lösung einschließlich des D/A-Wandlers mit nachgeschaltetem Ausgangsumsetzer ausgebildet. 10 Patentansprüche: 1. QAM-Modulator-Schaltungsanordnung zum Modulieren von zumindest zwei Basisbandsignalen in zumindest zwei verschiedene, digital codierte Zwischenfrequenzbereiche, wobei 15 jedem Basisbandbereich ein Zwischenfrequenzbereich zugeordnet ist und jeder Zwischenfrequenzbereich höher liegt als die Frequenz des zugeordneten Basisbandes, umfassend: - zumindest zwei Eingänge zum Zuführen von jeweils einem zu modulierenden 8asis-bandsignal (TS1, TS2), wobei die Datenraten der zumindest zwei Basisbandsignale identisch sind, 20 - eine Modulatoreinrichtung (10a, b) zum Umwandeln der zugeführten Basisbandsignale in jeweils ein QAM-Signal mit zugeordnetem Zwischenfrequenzbereich, gekennzeichnet durch eine Zusammenführungseinrichtung (11) zum Zusammenführen der zumindest zwei QAM Signale in einen einzelnen Datenstrom (QAM_sum), welcher die zumindest zwei QAM-Signale enthält sowie zumindest einen Ausgang, an welchem der in der 25 Zusammenführungseinrichtung (11) erzeugte digitale Datenstrom mit den zumindest zwei QAM-Signalen abgebbar ist.
2. 2. QAM-Modulator-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Basisbandsignale jeweils zumindest zwei unterschiedliche Fernseh- 30 bildsignale umfassen.
3. 3. QAM-Modulator-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zumindest einen Ausgang ein Datenstrom (QAM_sum) abgebbar ist, welcher eine Anzahl von QAM-Signalen umfasst, die gleich oder kleiner -der Anzahl der Eingangs- 35 Basisbandsignalen ist.
4. 4. QAM-Modulator-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ausgang ein D/A-Wandler angeschlossen ist zur Erzeugung eines einzelnen analogen Signals, das die unterschiedlichen, analogen Zwischenfrequenzbereichs- 40 Signale umfasst aus dem einzelnen digitalen, zumindest zwei QAM-Signale umfassenden Datenstrom (QAM_sum).
5. 5. QAM-Modulator-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem in der Zusammenführungseinrichtung (11) erzeugten Datenstrom 45 ein QAM-Signal abschaltbar ist im Ansprechen auf das Nichtanliegen eines Eingangssignals an dem Eingang, welcher diesem QAM-Signal zugeordnet ist.
6. 6. QAM-Modulator-Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Steuerregister zur Bezeichnung eines Eingangs mit nicht anliegendem Nutzsignal, wobei im An- 50 sprechen auf das Steuerregister eine Takteinrichtung einer Modulatoreinrichtung, welche dem Eingang mit nichtanliegendem Nutzsignal zugeordnet ist, abschaltbar ist. 55 Hiezu 1 Blatt Zeichnungen