Die vorliegende Erfindung betrifft einen Demodulator für zweidimensional digital modulierte Signale mit einem Gebietsentscheider, der in der Ebene der zweidimensionalen Signalwerte durch Entscheidungsschwellen Lock-Out-Gebiete festlegt, wobei der Gebietsentscheider, wenn er empfangene Signalwerte in solchen Lock-Out-Gebieten detektiert, ein Acquisition-Signal abgibt, das vorhandenen Regelkreisen signalisiert, dass sie ausgerastet (Lock-Out) sind.
Ein derartiger Demodulator ist z.B. aus der DE 4 100 099 C1 oder aus IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-30, No. 10, Oct. 1982, S. 2385-2390 bekannt. In beiden Veröffentlichungen geht es um die optimale Platzierung von Lock-Out-Gebieten, die Acquisitions-Signale initiieren, sodass ausgerastete Regelkreise des Demodulators schnell und sicher den Einrast-Zustand erreichen.
Ein Demodulator für zweidimensional digital modulierte Signale (z.B. QAM-Signale) enthält im Allgemeinen mehrere miteinander verkoppelte Regelkreise, nämlich zur Regelung der Empfangspegel, der Ablage der Takt- und Trägerphase der Eingangssignale, der Quadratur der Trägerfrequenzphasen und evtl. auch der Koeffizienten adaptiver Entzerrer. Für die Regelkreise gibt es zwei verschiedene Betriebszustände, den Acquisition-mode und den Tracking-mode. Der Acquisition-mode sorgt zu Beginn einer Datenübertragung oder nach einem Ausfall dafür, dass die Regelkreise einrasten. Danach wird auf den Tracking-mode umgeschaltet, in dem die Regelkreise nur geringfügige Ablagen ausregeln.
Die Regelkreise brauchen jedenfalls eine eindeutige Information darüber, wann sie im Acquisition-mode und wann sie im Tracking-mode betrieben werden sollen. Die Entscheidung darüber, welcher Betriebszustand gerade in Frage kommt, hängt davon ab, in welchen Bereichen Empfangssignalwerte innerhalb der Ebene der zweidimensionalen Signalwerte auftreten. Werden Empfangssignalwerte z.B. in der unmittelbaren Umgebung der Soll-Signalwerte detektiert, so bedeutet das, dass die Regelkreise eingerastet sind und im Tracking-mode zu betreiben sind.
Treten Empfangssignalwerte in Bereichen der Signalwert-Ebene auf, die weiter entfernt sind von den Soll-Signalwerten, dann müsste der Acquisition-mode Betrieb für die Regelkreise ausgelöst werden.
Nun kommt es vor, dass Empfangssignalwerte in der Umgebung von Soll-Signalwerten auftreten, an sich also der Tracking-mode in Betracht käme, überlagerte Störsignale die Empfangssignalwerte allerdings aus den den Tracking-mode definierenden Gebieten der Signalwert-Ebene heraustreten lassen und dadurch der Acquisition-mode Betrieb veranlasst wird, obwohl die Regelkreise eigentlich gar nicht ausgerastet sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Demodulator der eingangs genannten Art anzugeben, der möglichst weitgehend eine Umschaltung auf den Acquisition-mode Betrieb vermeidet, wenn die Regelkreise noch eingerastet sind.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung geht aus dem abhängigen Patentanspruch hervor.
Nach der Erfindung führen z.B. Sinusstörsignale, die den Empfangssignalwerten überlagert sind, nicht dazu, dass die Regelkreise des Demodulators in den Acquisition-mode umgeschaltet werden, obwohl sie gar nicht ausgerastet sind.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nun die Erfindung näher erläutert.
In der Figur ist die Signalwert-Ebene z.B. eines 16 QAM Modulationssystems dargestellt. Die in dieser Ebene liegenden 16 Soll-Signalwerte sind durch Punkte gekennzeichnet. Jeder Soll-Signalwert besteht aus einem Inphaseanteil XI und einem Quadraturanteil XQ.
Die Funktionsweise eines Gebietsentscheiders, der zu entscheiden hat, welchem der Soll-Signalwerte ein Empfangssignalwert zuzuordnen ist und in welchen der beiden Betriebszustände, Acquisitions-mode oder Tracking-mode, die Regelkreise des Demodulators jeweils zu schalten sind, soll an der dargestellten Signalwert-Ebene verdeutlicht werden.
Zu der Inphase- und der Quadraturachse I und Q parallel verlaufende äquidistante Entscheidungsschwellen SI und SQ unterteilen die gesamte Signalwert-Ebene in Felder, in denen jeweils zentral ein Soll-Signalwert liegt. Je nachdem in welches Feld ein Empfangssignalwert fällt, ordnet der Gebietsentscheider den Empfangssignalwert dem Soll-Signalwert dieses Feldes zu.
Ausserdem sind durch weitere Entscheidungsschwellen mehrere Lock-Out-Gebiete LO abgegrenzt. Wenn Empfangssignalwerte in solche Lock-Out-Gebiete LO treffen, signalisiert der Gebietsentscheider, dass die Regelkreise nicht eingerastet sind und deshalb auf den Acquisition-mode Betrieb umzuschalten sind.
Die Lock-Out-Gebiete LO sind nach folgendem Kriterium platziert und bemessen:
Trifft ein Empfangssignalwert auf einen Soll-Signalwert und ist dieser Empfangssignalwert von einem Sinusstörsignal überlagert, so bewegt er sich auf einem Kreis SS um den Soll-Signalwert. Der Durchmesser dieses Kreises SS, der durch die Amplitude des Sinusstörsignals vorgegeben ist, darf maximal so gross sein, dass er die den Soll-Signalwert begrenzenden Entscheidungsschwellen SI und SQ gerade nicht schneidet (vgl. Figur). Bei einem Empfangssignalwert mit einem überlagerten Sinusstörsignal bis zu einer Amplitude mit dem genannten Maximalwert, kann der Tracking-mode beibehalten werden. Erst wenn die Amplitude des Sinusstörsignals diesen Maximalwert überschreitet, muss in den Acquisition-mode umgeschaltet werden. Die Lock-Out-Gebiete LO dürfen deshalb nur die Bereiche der Signalwert-Ebene erfassen, welche von Kreisen SS mit dem maximal zulässigen Radius nicht geschnitten werden.
So kommt es zu den in der Figur gezeigten Lock-Out-Gebieten in den Kreuzungsbereichen der Entscheidungsschwellen SI und SQ und ausserhalb der Soll-Signalwert-Konstellation. Damit sich die Lock-Out-Gebiete LO dem Kreis SS möglichst dicht annähern, sind sie durch Entscheiderschwellen begrenzt, die teilweise parallel und teilweise unter 45 DEG zu den Inphase- und Quadraturachsen I und Q verlaufen.
Der Gebietsentscheider erzeugt ein Signal
EMI4.1
Das Symbol UNION kennzeichnet die logische Verknüpfung ODER.
XI ist der Inphase- und XQ der Quadraturanteil des abgetasteten Empfangswertes. Definiert man als QAM-Sendealphabet die Werte +1, +3...Ü, erhält man für m-QAM die Konstellationsgrenze Xmas = 2ROOT m, bei 16-QAM als Xmax = 4. eI und eQ sind die Ablagen des Inphase- und des Quadraturanteils eines Empfangssignalwertes gegenüber denen des entschiedenen Soll-Signalwertes.
emax ist ein Dimensionierungsparameter und bestimmt die Ausdehnung der inneren Lock-Out-Gebiete. Er kann gleichzeitig auf maximale Störfestigkeit gegenüber Sinusstörsignalen dimensioniert werden (emax < 2,0 - 2ROOT 2 = 0,58) auch auf maximale Robustheit gegenüber fehlerhaftem Empfangspegel (bei 16-QAM: emax = 2ROOT 20 - 4,0 = 0,47).
Der Gebietsentscheider mittelt über mehrere von ihm erzeugte Signale G und vergleicht schliesslich das gemittelte Signal G mit einer vorgegebenen Schwelle GS. Ist G > GS, gibt der Gebietsentscheider ein Acquisition-Signal ab. Solange G < GS ist, signalisiert der Gebietsentscheider den Tracking-mode.
GS muss so dimensioniert werden, dass sicher zwischen eingerastetem und nicht eingerastetem Zustand unterschieden werden kann und gleichzeitig der Umschaltpunkt bei möglichst hohen Fehlerraten stattfindet. Für 16-QAM liefert ein nicht eingerasteter Regelkreis G = 0,25. Der halbe Wert davon liefert eine Orientierung für die Schwelle GS = 0,125. Mit dieser Dimensionierung erhält man im Umschaltpunkt zwischen Tracking-mode und Acquisition-mode eine Fehlerrate von etwa 1,5 . 10<-><2>.
Der Gebietsentscheider ist zweckmässigerweise ein Speicher (PROM), dessen Speicherplätze die gesamte Signalwert-Ebene abbilden, wobei die den Lock-Out-Gebieten zugeordneten Speicherplätze das Signal G = 1 enthalten.
The present invention relates to a demodulator for two-dimensionally digitally modulated signals with an area decision maker, which determines lock-out areas in the level of the two-dimensional signal values by means of decision thresholds, the area decision maker, if it detects received signal values in such lock-out areas, an acquisition Signal that signals existing control loops that they are locked out.
Such a demodulator is e.g. from DE 4 100 099 C1 or from IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-30, No. 10, Oct. 1982, pp. 2385-2390. Both publications deal with the optimal placement of lock-out areas that initiate acquisition signals so that disengaged control loops of the demodulator quickly and reliably reach the locked state.
A demodulator for two-dimensionally digitally modulated signals (e.g. QAM signals) generally contains several linked control loops, namely to control the reception level, the storage of the clock and carrier phase of the input signals, the quadrature of the carrier frequency phases and possibly also the coefficients of adaptive equalizers. There are two different operating states for the control loops, the acquisition mode and the tracking mode. The acquisition mode ensures that the control loops engage at the beginning of a data transfer or after a failure. The system then switches to tracking mode, in which the control loops only regulate minor deposits.
In any case, the control loops need clear information about when they should be operated in acquisition mode and when they should be operated in tracking mode. The decision as to which operating state is currently possible depends on the areas in which received signal values occur within the level of the two-dimensional signal values. Are received signal values e.g. Detected in the immediate vicinity of the target signal values, this means that the control loops are engaged and can be operated in tracking mode.
If reception signal values occur in areas of the signal value level that are further away from the desired signal values, then acquisition mode operation for the control loops would have to be triggered.
Now it happens that received signal values occur in the vicinity of target signal values, i.e. the tracking mode could be considered, but superimposed interference signals allow the received signal values to emerge from the areas of the signal value level that define the tracking mode and thus the acquisition -mode operation is initiated, although the control loops are actually not disengaged.
The invention is therefore based on the object of specifying a demodulator of the type mentioned at the outset which as far as possible avoids a switchover to acquisition mode operation when the control loops are still engaged.
According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1. An advantageous embodiment of the invention emerges from the dependent claim.
According to the invention, e.g. Sinusoidal interference signals, which are superimposed on the received signal values, do not cause the control loops of the demodulator to be switched to acquisition mode, even though they are not disengaged at all.
The invention will now be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing.
In the figure, the signal value level is e.g. of a 16 QAM modulation system. The 16 target signal values in this level are marked with dots. Each setpoint signal value consists of an in-phase component XI and a quadrature component XQ.
The mode of operation of an area decision maker, who has to decide which of the target signal values a reception signal value is to be assigned to and in which of the two operating states, acquisition mode or tracking mode, the control loops of the demodulator are to be switched at the signal value level shown be made clear.
Equidistant decision thresholds SI and SQ, which run parallel to the in-phase and quadrature axes I and Q, divide the entire signal value level into fields in which a target signal value is centrally located. Depending on the field in which a received signal value falls, the area decision maker assigns the received signal value to the desired signal value of this field.
In addition, several lock-out areas LO are delimited by further decision thresholds. If reception signal values hit LO in such lock-out areas, the area decision maker signals that the control loops are not locked and must therefore be switched over to acquisition-mode operation.
The lock-out areas LO are placed and dimensioned according to the following criterion:
If a received signal value meets a desired signal value and this received signal value is superimposed by a sinusoidal interference signal, then it moves in a circle SS around the desired signal value. The diameter of this circle SS, which is predetermined by the amplitude of the sinusoidal interference signal, may at most be so large that it does not intersect the decision thresholds SI and SQ that limit the desired signal value (see FIG. 1). In the case of a received signal value with a superimposed sine interference signal up to an amplitude with the maximum value mentioned, the tracking mode can be maintained. Only when the amplitude of the sinusoidal interference signal exceeds this maximum value must it be switched to acquisition mode. The lock-out areas LO may therefore only cover those areas of the signal value level which are not intersected by circles SS with the maximum permissible radius.
This leads to the lock-out areas shown in the figure in the intersection areas of the decision thresholds SI and SQ and outside the target signal value constellation. So that the lock-out areas LO approach the circle SS as closely as possible, they are limited by decision thresholds, which are partly parallel and partly below 45 ° to the in-phase and quadrature axes I and Q.
The area decision maker generates a signal
EMI4.1
The UNION symbol indicates the logical link OR.
XI is the in-phase and XQ is the quadrature component of the sampled received value. If you define the values +1, +3 ... Ü as QAM transmit alphabet, you get the constellation limit Xmas = 2ROOT m for m-QAM, for 16-QAM as Xmax = 4. eI and eQ are the stores of the in-phase and of the quadrature component of a received signal value compared to that of the decided target signal value.
emax is a dimensioning parameter and determines the extent of the inner lock-out areas. At the same time, it can be dimensioned for maximum immunity to sinusoidal interference signals (emax <2.0 - 2ROOT 2 = 0.58) and for maximum robustness against faulty reception levels (with 16-QAM: emax = 2ROOT 20 - 4.0 = 0.47) .
The area decision maker averages over a plurality of signals G generated by him and finally compares the averaged signal G with a predetermined threshold GS. If G> GS, the area decision maker issues an acquisition signal. As long as G <GS, the area decision maker signals the tracking mode.
GS must be dimensioned in such a way that a distinction can be made between locked and unlocked state and at the same time the switchover point takes place with the highest possible error rates. For 16-QAM, an unlocked control loop delivers G = 0.25. Half of this provides an orientation for the threshold GS = 0.125. With this dimensioning, an error rate of approximately 1.5 is obtained in the switchover point between tracking mode and acquisition mode. 10 <-> <2>.
The area decision maker is expediently a memory (PROM) whose storage locations map the entire signal value level, the storage locations assigned to the lock-out areas containing the signal G = 1.