DE102018217701A1

DE102018217701A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Taktgewinnung für PCMA-Signalanteile

Info

Publication number: DE102018217701A1
Application number: DE102018217701.5A
Authority: DE
Inventors: Marco Krondorf
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2018-10-16
Filing date: 2018-10-16
Publication date: 2020-04-16

Abstract

Vorrichtung (1) und Verfahren zur Taktgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales mit einer Abtasteinrichtung (2), welche das empfangene PCMA-Signal zur Erzeugung von IQ-Abtastwerten des PCMA-Signales abtastet; einer Mischeinrichtung (3), welche die erzeugten IQ-Abtastwerte mit Schwingungen, deren Frequenzen den Frequenzabweichungen der PCMA-Signalanteile von einer PCMA-Mittenfrequenz entsprechen, zur Erzeugung von gemischten PCMA-Signalanteilen konjugiert komplex multipliziert; und mit einer Berechnungseinrichtung (4), welche die gemischten PCMA-Signalanteile potenziert und jeweils in Akkumulatoren aufsummiert, wobei für die in den Akkumulatoren aufsummierten Werte Betragsquadrate berechnet werden, welche zur Schätzung der Taktraten der PCMA-Signalanteile ausgewertet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Taktgewinnung für PCMA (Paired Carrier Multiple Access)-Signalanteile eines PCMA-Signales. Eine PCMA (Paired Carrier Multiple Access)-Übertragung erlaubt es, verfügbare Übertragungskanalressourcen zur Unterstützung einer überlagerten Zweiwegekommunikation effizienter auszunutzen. Die PCMA-Signalübertragung nutzt ein Paar von Übertragungskanälen die Daten in entgegengesetzter Richtung übertragen. Bei der PCMA-Signalübertragung erfolgt die Kommunikation in einem Uplink-Kommunikationskanal und einem Downlink-Kommunikationskanal gleichzeitig, wobei die beiden in entgegengesetzter Richtung übertragenen Signale additiv überlagert werden. Ein dritter nicht kooperativer Zuhörer kann somit nicht die bei der bidirektionalen Datenübertragung übertragenen Daten und Informationen mithören bzw. extrahieren. Um die verschiedenen PCMA-Signalanteile eines übertragenen PCMA-Signales voneinander zu trennen, ist es erforderlich, zunächst die Taktraten der PCMA-Signalanteile zu ermitteln. Herkömmliche Verfahren zur Taktrückgewinnung verlangen die Auswertung eines relativ langen Datensignales. Da bei vielen Systemen der Systemtakt im Nanosekundenbereich schwankt, sind herkömmliche Verfahren zur Taktrückgewinnung bzw. Taktgewinnung bei PCMA-Signalen in Echtzeit ungeeignet. Die Systemtaktschwankungen ergeben sich als Summe einer systematischen Taktschwankung sowie stochastischer Taktschwankungen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Taktgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales zu schaffen, die Taktraten der PCMA-Signalanteile schnell und mit relativ geringem technischen Aufwand liefern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Taktgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die Erfindung schafft demnach eine Vorrichtung zur Taktgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales mit einer Abtasteinrichtung, welche ein empfangenes PCMA-Signal zur Erzeugung von IQ-Abtastwerten des PCMA-Signales abtastet, einer Mischeinrichtung, welche die erzeugten IQ-Abtastwerte mit Schwingungen, deren Frequenzen den Frequenzabweichungen der PCMA-Signalanteile von einer PCMA-Mittenfrequenz entsprechen, zur Erzeugung von gemischten PCMA-Signalanteilen konjugiert komplex multipliziert, und mit einer Berechnungseinrichtung, welche die gemischten PCMA-Signalanteile potenziert und jeweils in Akkumulatoren aufsummiert, wobei für die in den Akkumulatoren aufsummierten Werte Betragsquadrate berechnet werden, welche zur Schätzung der Taktraten der PCMA-Signalanteile ausgewertet werden.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die Taktraten durch die Vorrichtung bereits basierend auf sehr kurzen Signalausschnitten ermittelt werden können. Dies erlaubt auch eine PCMA-Signaltrennung in Echtzeit.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Taktgewinnung erlaubt eine Taktgewinnung bzw. Taktrückgewinnung, die im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen die Taktraten der PCMA-Signalanteile um etwa einen Faktor 10 schneller liefert. Hierdurch fällt eine systemimmanente Taktschwankung kaum mehr ins Gewicht. Ferner erlaubt die sehr schnelle Taktgewinnung für die PCMA-Signalanteile des PCMA-Signales ein schnelleres Aufsynchronisieren und eine schnellere Detektion des PCMA-Signales.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das durch die Abtasteinrichtung abgetastete PCMA-Signal additiv überlagerte PCMA-Signalanteile auf, welche gleichzeitig in verschiedenen Kommunikationskanälen übertragbar sind.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung tastet die Abtasteinrichtung das empfangene PCMA-Signal mit einem Überabtastfaktor N ab, um Polyphasen mit äquidistanten Abtastwerten zu bilden.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung tastet die Abtasteinrichtung das über eine Empfangsantenne empfangene PCMA-Signal mit einer Abtastrate ab, die ein ganzzahliges Vielfaches einer PCMA-Symbolrate ist.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Mischeinrichtung einen ersten Multiplizierer und einen zweiten Multiplizierer.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Mischeinrichtung einen ersten Multiplizierer auf, der die IQ-Abtastwerte mit einer ersten Schwingung konjugiert komplex multipliziert, wobei die Frequenz der ersten Schwingung der Frequenzabweichung zwischen der Mittenfrequenz eines ersten Kommunikationskanales und einer PCMA-Mittenfrequenz entspricht und weist ferner einen zweiten Multiplizierer auf, der die IQ-Abtastwerte mit einer zweiten Schwingung konjugiert komplex multipliziert, wobei die zweite Schwingung eine Frequenz aufweist, die der Frequenzabweichung zwischen der Mittenfrequenz eines zweiten Kommunikationskanales und der PCMA-Mittenfrequenz entspricht.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die PCMA-Mittenfrequenz das arithmetische Mittel der jeweiligen Mittelfrequenzen zweier Kommunikationskanäle.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die beiden Kommunikationskanäle einen Uplink-Kommunikationskanal und einen Downlink-Kommunikationskanal auf.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Berechnungseinrichtung Potenziereinheiten auf, welche die gemischten PCMA-Signalanteile jeweils mit einem Potenzierfaktor P potenzieren.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden der von den Potenziereinheiten der Berechnungseinrichtung verwendete Potenzierfaktor P in Abhängigkeit von einem eingesetzten Modulationsverfahren eingestellt.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der von den Potenziereinheiten der Berechnungseinrichtung verwendete Potenzierfaktor P vorgegeben bzw. fest eingestellt.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das empfangene PCMA-Signal, welches durch die Abtasteinrichtung abgetastet wird, ein Satellitensignal.
Bei einer weiteren möglichen alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das empfangene PCMA-Signal, welches von der Abtasteinrichtung abgetastet wird, ein Radiosignal.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das empfangene PCMA-Signal, welches durch die Abtasteinrichtung abgetastet wird, ein optisches Signal.
Die Erfindung schafft gemäß einem weiteren Aspekt ein Verfahren zur Taktgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales mit den in Patentanspruch 11 angegebenen Merkmalen.
Die Erfindung schafft demnach ein Verfahren zur Taktgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales mit den Schritten:
Abtasten eines empfangenen PCMA-Signales zur Erzeugung von IQ-Abtastwerten eines PCMA-Signales,
Erzeugen von gemischten PCMA-Signalanteilen, indem die erzeugten IQ-Abtastwerte mit Schwingungen konjugiert komplex multipliziert werden, wobei die Frequenzen der Schwingungen den Frequenzabweichungen der PCMA-Signalanteile von einer PCMA-Mittenfrequenz entsprechen,
Potenzieren der gemischten PCMA-Signalanteile mit einem Potenzierfaktor P,
Aufsummieren der potenzierten PCMA-Signalanteile in dafür jeweils vorgesehene Akkumulatoren und
Berechnen von Betragsquadraten für die in den Akkumulatoren jeweils aufsummierten Werte, welche zur Schätzung von Taktraten der PCMA-Signalanteile des PCMA-Signales ausgewertet werden.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schätzung der Taktraten der PCMA-Signalanteile in Echtzeit ausgeführt.
Dies erlaubt auch eine PCMA-Signaltrennung in Echtzeit mithilfe der geschätzten Taktraten der PCMA-Signalanteile.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die PCMA-Signalanteile des empfangenen PCMA-Signales nach Ermittlung ihrer Taktraten voneinander getrennt.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das empfangene PCMA-Signal mit einem Überabtastfaktor N abgetastet, um Polyphasen mit äquidistanten Abtastwerten zu bilden.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für jede Polyphase ein gemischter Signalanteil erzeugt, indem die Abtastwerte der Polyphase mit einer Schwingung konjugiert komplex multipliziert werden, deren Frequenz der Frequenzabweichung eines PCMA-Signalanteiles von der PCMA-Mittenfrequenz entspricht.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der gemischte Signalanteil jeder Polyphase mit einem Potenzierfaktor P potenziert und in einem für die jeweilige Polyphase vorgesehenen Akkumulator mehrfach zu einem Wert aufsummiert, dessen Quadrat zur Schätzung der Taktraten der PCMA-Signalanteile herangezogen wird.
Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Taktrückgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Taktgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales;
2 ein weiteres Blockschaltbild zur Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Taktrückgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales;
3 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Taktgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales;
4 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Polyphasen.

Wie man aus dem Blockschaltbild gemäß 1 erkennen kann, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Taktgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales bei der dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen drei Haupteinrichtungen bzw. Haupteinheiten auf. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 1 zur Taktgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales eine Abtasteinrichtung 2, eine Mischeinrichtung 3 sowie eine Berechnungseinrichtung 4. Die Abtasteinrichtung 2 ist dazu ausgelegt, ein empfangenes PCMA-Signal zur Erzeugung von IQ-Abtastwerten d des PCMA-Signales abzutasten. Bei einer möglichen Ausführungsform tastet die Abtasteinrichtung 2 das empfangene PCMA-Signal mit einem Überabtastfaktor N ab, um Polyphasen mit äquidistanten Abtastwerten zu bilden.
Das Diagramm gemäß 4 zeigt schematisch die Erzeugung von Abtastwerten d (digital samples) durch eine Abtasteinrichtung 2. Die einzelnen Abtastwerte d des empfangenen Signales werden auch als Samples bezeichnet und sind in 4 über die Zeit t grafisch dargestellt. Das empfangene Signal wird mit einer Abtastrate B abgetastet. Das in dem abgetasteten Signal enthaltene Nutzsignal besitzt eine minimale Abtastrate BN (Nyquist-Rate). Die Abtastrate B = N x BN, wobei N ein Überabtastfaktor ist. Das empfangene Signal wird mit N-facher Überabtastung abgetastet und vorzugsweise aufgezeichnet, wie in 4 dargestellt. Bei dem in 4 dargestellten Beispiel wird das empfangene Signal mit vierfacher Nyquist-Rate, d.h. mit einem Überabtastfaktor von N = 4, abgetastet. Die verschiedenen Abtastwerte bzw. Samples d von Polyphasen sind äquidistant und repräsentieren das Nutzsignal eindeutig, da sie alle das in dem Empfangssignal enthaltene Nutzsignal mit Nyquist-Rate darstellen. Bei dem in 4 dargestellten Beispiel bilden somit der erste Abtastwert d₁ , der fünfte Abtastwert d₅ sowie der neunte Abtastwert d₉ usw. (1 + Nxi) die erste Polyphase PP1, der zweite Abtastwert d₂ , der sechste Abtastwert d₆ sowie der zehnte Abtastwert d₁₀ usw. (2 + Nxi) die zweite Polyphase PP2, der dritte Abtastwert d₃ , der siebte Abtastwert d₇ und der elfte Abtastwert d₁₁ usw. (3 + Nxi) die dritte Polyphase PP3 und schließlich der vierte Abtastwert d₄ , der achte Abtastwert d₈ sowie der zwölfte Abtastwert d₁₂ usw. (4 + Nxi) die vierte Polyphase PP4. Das empfangene PCMA-Signal wird mit einem Überabtastfaktor N durch die Abtasteinrichtung 2 abgetastet, um Polyphasen PP mit äquidistanten Abtastwerten d zu bilden. Das Signal, welches durch die Abtasteinrichtung 2 abgetastet wird, ist bei einer möglichen Ausführungsform ein empfangenes Satellitensignal. Bei einer alternativen Ausführungsform ist das empfangene PCMA-Signal, welches durch die Abtasteinrichtung 2 abgetastet wird, ein Radio- bzw. RF-Signal. Bei einer weiteren möglichen alternativen Ausführungsform ist das empfangene Signal, welches durch die Abtasteinrichtung 2 abgetastet wird, ein optisches Signal. Bei einer möglichen Ausführungsform wird das Empfangssignal über eine Empfangsantenne empfangen und der Abtasteinrichtung 2 der Vorrichtung 1 zugeführt. Bei einer möglichen Ausführungsform wird das empfangene PCMA-Signal durch die Abtasteinrichtung 2 mit einer Abtastrate abgetastet, die ein ganzzahliges Vielfaches einer PCMA-Symbolrate ist. Das durch die Abtasteinrichtung 2 abgetastete PCMA-Signal weist vorzugsweise additiv überlagerte PCMA-Signalanteile auf, welche gleichzeitig in verschiedenen Kommunikationskanälen übertragen werden. Diese Kommunikationskanäle umfassen bei einer möglichen Ausführungsform einen Uplink-Kommunikationskanal und einen Downlink-Kommunikationskanal.
Die durch die Abtasteinrichtung 2 erzeugten IQ-Abtastwerte werden der Mischeinrichtung 3 der Vorrichtung 1 zugeführt, wie in 1 dargestellt. Die Mischeinrichtung 3 ist dazu ausgelegt, die durch die Abtasteinrichtung 2 erzeugten IQ-Abtastwerte mit Schwingungen, deren Frequenzen den Frequenzabweichungen der PCMA-Signalanteile von einer PCMA-Mittenfrequenz entsprechen, zur Erzeugung von gemischten PCMA-Signalanteilen konjugiert komplex zu multiplizieren. Die Mischeinrichtung 3 weist bei einer möglichen Ausführungsform zwei Multiplizierer auf. Der erste Multiplizierer multipliziert die von der Abtasteinrichtung 2 erzeugten IQ-Abtastwerte mit einer ersten Schwingung und der zweite Multiplizierer der Mischeinrichtung 3 multipliziert die durch die Mischeinrichtung 3 erzeugten IQ-Abtastwerte mit einer zweiten Schwingung. Durch den ersten Multiplizierer werden die IQ-Abtastwerte mit der ersten Schwingung konjugiert komplex multipliziert, wobei die Frequenz der ersten Schwingung der Frequenzabweichung zwischen der Mittenfrequenz eines ersten Kommunikationskanales und einer PCMA-Mittenfrequenz entspricht. Der zweite Multiplizierer der Mischeinrichtung 3 multipliziert die IQ-Abtastwerte mit einer zweiten Schwingung konjugiert komplex, wobei die zweite Schwingung eine Frequenz aufweist, die der Frequenzabweichung zwischen der Mittelfrequenz eines zweiten Kommunikationskanales und der PCMA-Mittenfrequenz entspricht. Die PCMA-Mittenfrequenz ist das arithmetische Mittel der jeweiligen Mittelfrequenzen der beiden Kommunikationskanäle. Beispielsweise weist ein Kommunikationskanal A eine Mittenfrequenz von 100 Hz und ein Kommunikationskanal B eine Mittenfrequenz von 200 Hz auf. Die PCMA-Mittenfrequenz wird durch das arithmetische Mittel der jeweiligen Mittelfrequenz des jeweiligen Kanals A, B gebildet, d.h. (100 Hz + 200 Hz) / 2 = 150 Hz. Der Carrier Frequency Offset (Cfo) bzw. die Frequenzabweichung zur PCMA-Mittenfrequenz ist somit für den ersten Kommunikationskanal A CFOA = -50 Hz und für den zweiten Kommunikationskanal B CFOB = +50 Hz.
Die von den Multiplizierern der Mischeinrichtung 3 erzeugten Signale stellen gemischte PCMA-Signalanteile dar, die der Berechnungseinrichtung 4 der Vorrichtung 1 zugeführt werden. Die Berechnungseinrichtung 4 ist geeignet, die gemischten PCMA-Signalanteile zu potenzieren und jeweils in Akkumulatoren aufzusummieren. Für die in den Akkumulatoren aufsummierten Werte werden Betragsquadrate berechnet, welche zur Schätzung der Taktraten der PCMA-Signalanteile ausgewertet werden. Bei einer möglichen Ausführungsform weist die Berechnungseinrichtung 4 Potenziereinheiten auf, welche die gemischten PCMA-Signalanteile, welche von der Mischeinrichtung 3 erzeugt werden, jeweils mit einem Potenzierfaktor P potenzieren. Bei einer möglichen Ausführungsform wird der von den Potenziereinheiten der Berechnungseinrichtung 4 verwendete Potenzierfaktor bzw. Potenzfaktor P in Abhängigkeit von einem eingesetzten Modulationsverfahren eingestellt. Bei einer alternativen Ausführungsform ist der von den Potenziereinheiten der Berechnungseinrichtung 4 verwendete Potenzierfaktor P vorgegeben bzw. fest eingestellt.
2 zeigt ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Taktgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales.
Die Abtasteinrichtung 2 tastet ein empfangenes PCMA-Signal zur Erzeugung von IQ-Abtastwerten des PCMA-Signales ab. Die IQ-Abtastwerte werden der Mischeinrichtung 3 zugeführt. Die Mischeinrichtung 3 besitzt bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einen ersten Multiplizierer 3A und einen zweiten Multiplizierer 3B. Der Multiplizierer 3A multipliziert die empfangenen IQ-Abtastwerte mit einer ersten Schwingung konjugiert komplex. Die Frequenz f dieser Schwingung entspricht dabei der Frequenzabweichung Δf zwischen der Mittenfrequenz eines ersten Kommunikationskanales A und einer PCMA-Mittenfrequenz. Der zweite Multiplizierer 3B der Mischeinrichtung 3 multipliziert die empfangenen IQ-Abtastwerte mit einer zweiten Schwingung konjugiert komplex. Die zweite Schwingung besitzt eine Frequenz f, die der Frequenzabweichung Δf zwischen der Mittenfrequenz eines zweiten Kommunikationskanales B und der PCMA-Mittenfrequenz entspricht. Die PCMA-Mittenfrequenz ist das arithmetische Mittel der jeweiligen Mittelfrequenzen der beiden Kommunikationskanäle A, B. Die beiden Kommunikationskanäle A, B werden beispielsweise durch einen Uplink-Kommunikationskanal A und einen Downlink-Kommunikationskanal B gebildet.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Berechnungseinrichtung 4 Potenziereinheiten 5A, 5B, welche die durch die Mischeinrichtung 3 gebildeten gemischten PCMA-Signalanteile jeweils mit einem Potenzierfaktor P potenzieren. Der Potenzfaktor P ist bei einer möglichen Ausführungsform wählbar. Bei einer möglichen Ausführungsform wird der Potenzfaktor P, mit welchem die Potenziereinheiten 5A, 5B die gemischten PCMA-Signalanteile potenzieren, in Abhängigkeit eines verwendeten Modulationsverfahrens eingestellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform verwenden beide Potenziereinheiten 5A, 5B denselben über eine Schnittstelle eingestellten Potenzierfaktor P. Bei einer möglichen Ausführungsform wird der Potenzierfaktor P durch eine lokale Steuerung, insbesondere in Abhängigkeit von einem Modulationsverfahren des Systems eingestellt. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der verwendete Potenzierfaktor P auch fest eingestellt sein bzw. vorgegeben sein. Bei einer möglichen Ausführungsform ist das im System verwendete Modulationsverfahren bekannt bzw. vorgegeben. In diesem Falle kann der Potenzierfaktor P festgelegt werden und ist dementsprechend vorgegeben. Beispielsweise kann bei einem QPSK-Modulationsverfahren ein Potenzierfaktor P1 verwendet werden. Weiterhin kann beispielsweise bei einem 8-QAM-Modulationsverfahren ein Potenzierfaktor P2 durch die Potenziereinheiten 5A, 5B zur Potenzierung der gemischten PCMA-Signalanteile verwendet werden. Bei einer möglichen Ausführungsform sind für verschiedene Modulationsverfahren zugehörige Potenzierfaktoren P in einem lokalen Datenspeicher der Vorrichtung 1 abgelegt und werden entsprechend dem selektierten bzw. detektierten Modulationsverfahren aus dem lokalen Datenspeicher ausgelesen und den Potenziereinheiten 5A, 5B der Berechnungseinrichtung 4 zugeführt.
Die Berechnungseinrichtung 4 weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Akkumulatoren 6A, 6B auf. Die gemischten PCMA-Signalanteile, welche durch die Potenziereinheiten 5A, 5B potenziert werden, werden in den nachgeschalteten Akkumulatoren 6A, 6B aufsummiert bzw. akkumuliert. Die gemischten Signalanteile jeder der Polyphase werden mit einem Potenzierfaktor P potenziert und in dem für die jeweilige Polyphase vorgesehenen Akkumulator 6A, 6B mehrfach zu einem Wert aufsummiert. Beispielsweise werden die potenzierten Signale summiert und in einem Akkumulatorregister 6A, 6B zwischengespeichert. Dabei wird jede Polyphase in einem eigenen zugehörigen Akkumulator 6A, 6B gespeichert. Für eine definierte, jedoch frei wählbaren Anzahl von Akkumulator-Summationen werden für alle Polyphasen Akkumulatoren 6A, 6B Betragsquadrate der Akkumulatorinhalte bzw. aufsummierten Werte berechnet (Summe S_A , S_B ). Die Berechnung der Betragsquadrate erfolgt durch die Quadrierungseinheiten 7A, 7B der Berechnungseinheit 4, wie in 2 dargestellt. Das durch die Quadrierungseinheiten 7A, 7B gebildete Quadrat (S²) des jeweiligen aufsummierten Wertes (S) wird zur Schätzung der Taktraten der PCMA-Signalanteile des PCMA-Signales herangezogen. Hierzu weist die Berechnungseinrichtung 4 eine Polyphasen-Auswerteeinheit 8 auf, welche die Taktraten T der PCMA-Signalanteile schätzt bzw. ableitet. Der Takt von A und B leitet sich aus dem Akkumulator mit dem darin aufsummierten größten Wert ab. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 erlaubt es, den Takt bzw. die Taktraten T der PCMA-Signalanteile zu ermitteln. Die dabei gewonnenen bzw. ermittelten Taktraten bzw. die geschätzten Takte T können zur anschließenden Trennung der PCMA-Signalanteile verwendet werden. Die Ermittlung der Taktraten durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 erfolgt in Echtzeit, sodass auch die anschließende Trennung der PCMA-Signalanteile ebenfalls in Echtzeit erfolgen kann. Mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 können die Takte T mithilfe eines sehr kurzen Signalausschnittes realisiert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 führt eine Potenzierung der PCMA-Signalanteile mit einer nachgeschalteten Polyphasensignalauswertung durch. Die Auswertung der Polyphasenanteile enthält die Taktinformation der PCMA-Signalanteile. Der Takt der Übertragungskanäle A, B leitet sich aus dem Akkumulator 6A, 6B ab, in welchem der größte aufsummierte Wert S abgespeichert ist. Für den Fall, dass die beiden durch die Quadrierungseinheiten 7A, 7B berechneten Betragsquadrate denselben Wert haben, wird der erste der beiden Werte herangezogen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 benötigt keine Signalaufzeichnung von mehreren Sekunden, um die Takte bzw. Taktraten T zuverlässig zu schätzen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 können die Takte bzw. Taktraten mit sehr kurzen Signalausschnitten bzw. Schwingungen realisiert werden, sodass sowohl die Ermittlung der Taktraten als auch die Signaltrennung der PCMA-Signalanteile des empfangenen PCMA-Signales in Echtzeit durchgeführt werden kann. Die komplexen Schwingungen A und B werden als Signale CFOA und CFOB bezeichnet, wie in 2 dargestellt. CFOA steht hierbei für Carrier Frequency Offset-Kanal A und CFOB steht für Carrier Frequency Offset-Kanal B. Die beiden Übertragungskanäle A, B sind beispielsweise ein Uplink-Kommunikationskanal und ein Downlink-Kommunikationskanal.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Taktgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales.
In einem ersten Schritt S1 wird ein empfangenes PCMA-Signal zur Erzeugung von IQ-Abtastwerten des PCMA-Signales abgetastet. Das PCMA-Signal wird beispielsweise mittels einer Antenne empfangen und anschließend zur Erzeugung von IQ-Abtastwerten des PCMA-Signales abgetastet. Die Abtastung des empfangenen PCMA-Signales erfolgt mit einem Überabtastfaktor N, um Polyphasen mit äquidistanten Abtastwerten zu bilden. Bei dem PCMA-Signal handelt es sich bei einer möglichen Ausführungsform um ein Satellitensignal. Bei einer alternativen Ausführungsform kann es sich bei dem PCMA-Signal auch um ein Radio- bzw. RF-Signal handeln. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform weist das empfangene PCMA-Signal ein optisches Signal auf.
In einem weiteren Schritt S2 werden gemischte PCMA-Signalanteile erzeugt, indem die erzeugten IQ-Abtastwerte mit Schwingungen konjugiert komplex multipliziert werden. Dabei entsprechen die Frequenzen der Schwingungen den Frequenzabweichungen der PCMA-Signalanteile von einer PCMA-Mittenfrequenz. Für jede Polyphase wird ein gemischter Signalanteil erzeugt, indem die Abtastwerte der Polyphase mit einer Schwingung konjugiert komplex multipliziert werden, deren Frequenz der Frequenzabweichung eines PCMA-Signalanteiles von der PCMA-Mittenfrequenz entspricht. Die PCMA-Mittenfrequenz wird durch das arithmetische Mittel der jeweiligen Mittelfrequenzen zweier Kommunikationskanäle gebildet.
In einem weiteren Schritt S3 werden die im Schritt S2 erzeugten gemischten PCMA-Signalanteile mit einem Potenzierfaktor P potenziert. Die gemischten Signalanteile jeder Polyphase werden mit einem Potenzierfaktor P potenziert, der entweder in Abhängigkeit von einem eingesetzten Modulationsverfahren oder weiteren Systemparametern dynamisch eingestellt wird oder fest vorgegeben ist.
In einem weiteren Schritt S4 werden die potenzierten PCMA-Signalanteile in dafür jeweils vorgesehene Akkumulatoren aufsummiert. Die gemischten Signalanteile jeder Polyphase werden nach ihrer Potenzierung in einem für die jeweilige Polyphase vorgesehenen Akkumulator mehrfach zu einem Wert aufsummiert und und der Summenwert S zwischengespeichert.
In einem weiteren Schritt S5 werden Betragsquadrate für die in den Akkumulatoren jeweils aufsummierten Werte S berechnet, wobei die berechneten Betragsquadrate S² zur Schätzung von Taktraten der PCMA-Signalanteile des PCMA-Signales ausgewertet werden. Die Schätzung der Taktraten der PCMA-Signalanteile wird in Echtzeit ausgeführt. Nach Ermittlung der Taktraten werden die PCMA-Signalanteile des empfangenen PCMA-Signales voneinander getrennt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1, wie sie in 1, 2 dargestellt ist, und das erfindungsgemäße Verfahren gemäß 3 können bei einer möglichen Ausführungsform in einem Empfänger implementiert werden, um Taktraten T von PCMA-Signalanteilen zu ermitteln bzw. zu schätzen. Die ermittelten bzw. geschätzten Taktraten werden ihrerseits zur Trennung von PCMA-Signalanteilen benutzt. Die Verwendung eines PCMA-Signales innerhalb eines Systems erlaubt es, die Bandbreitenanforderungen zu reduzieren bzw. mehr Bandbreite pro Nutzer zuzuweisen. Bei gleicher Bandbreite kann durch das PCMA-Signal der Datendurchsatz innerhalb des Systems verdoppelt werden, d.h. die Anzahl von übertragenen Bits pro Sekunde und Hertz. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann bei einer möglichen Ausführungsform innerhalb eines Digitaloszilloskopgerätes integriert sein. Dieses Gerät umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Taktratengewinnung bzw. Taktratenrückgewinnung sowie eine Einheit, welche die Trennung der verschiedenen PCMA-Signalanteile innerhalb des empfangenen PCMA-Signales anhand der gewonnenen bzw. geschätzten Taktraten T vornimmt. Die Erfindung schafft demnach gemäß einem weiteren Aspekt einen Empfänger mit einer Vorrichtung 1 zur Taktgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales sowie einer Vorrichtung 1 zur Trennung der PCMA-Signalanteile des empfangenen PCMA-Signales anhand der ermittelten Taktraten T der PCMA-Signalanteile.

Claims

Vorrichtung (1) zur Taktgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales mit: - einer Abtasteinrichtung (2), welche das empfangene PCMA-Signal zur Erzeugung von IQ-Abtastwerten des PCMA-Signales abtastet; - einer Mischeinrichtung (3), welche die erzeugten IQ-Abtastwerte mit Schwingungen, deren Frequenzen den Frequenzabweichungen der PCMA-Signalanteile von einer PCMA-Mittenfrequenz entsprechen, zur Erzeugung von gemischten PCMA-Signalanteilen konjugiert komplex multipliziert; und mit - einer Berechnungseinrichtung (4), welche die gemischten PCMA-Signalanteile potenziert und jeweils in Akkumulatoren aufsummiert, wobei für die in den Akkumulatoren aufsummierten Werte Betragsquadrate berechnet werden, welche zur Schätzung der Taktraten der PCMA-Signalanteile ausgewertet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das durch die Abtasteinrichtung (2) abgetastete PCMA-Signal additiv überlagerte PCMA-Signalanteile aufweist, welche gleichzeitig in verschiedenen Kommunikationskanälen übertragbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abtasteinrichtung (2) das empfangene PCMA-Signal mit einem Überabtastfaktor, N, abtastet, um Polyphasen mit äquidistanten Abtastwerten zu bilden.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die Abtasteinrichtung (2) das über eine Empfangsantenne empfangene PCMA-Signal mit einer Abtastrate abtastet, die ein ganzzahliges Vielfaches einer PCMA-Symbolrate ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die Mischeinrichtung (3) einen ersten Multiplizierer (3A) aufweist, der die IQ-Abtastwerte mit einer ersten Schwingung konjugiert komplex multipliziert, wobei die Frequenz der ersten Schwingung der Frequenzabweichung zwischen der Mittenfrequenz eines ersten Kommunikationskanales (A) und einer PCMA-Mittenfrequenz entspricht, und einen zweiten Multiplizierer (3B) aufweist, der die IQ-Abtastwerte mit einer zweiten Schwingung konjugiert komplex multipliziert, wobei die zweite Schwingung eine Frequenz aufweist, die der Frequenzabweichung zwischen der Mittenfrequenz eines zweiten Kommunikationskanales (B) und der PCMA-Mittenfrequenz entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die PCMA-Mittenfrequenz das arithmetische Mittel der jeweiligen Mittelfrequenzen zweier Kommunikationskanäle (A, B) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die beiden Kommunikationskanäle (A, B) einen Uplink, UL-Kommunikationskanal und einen Downlink, DL-Kommunikationskanal aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei die Berechnungseinrichtung (4) Potenziereinheiten (5A, 5B) aufweist, welche die gemischten PCMA-Signalanteile jeweils mit einem Potenzierfaktor, P, potenzieren.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der von den Potenziereinheiten (5A, 5B) der Berechnungseinrichtung (4) verwendete Potenzierfaktor, P, in Abhängigkeit von einem eingesetzten Modulationsverfahren vorgegeben ist oder eingestellt wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei das PCMA-Signal ein Satellitensignal, ein Radiosignal oder ein optisches Signal aufweist.
Verfahren zur Taktgewinnung für PCMA-Signalanteile eines PCMA-Signales mit den Schritten: (a) Abtasten (S1) eines empfangenen PCMA-Signales zur Erzeugung von IQ-Abtastwerten des PCMA-Signales; (b) Erzeugen (S2) von gemischten PCMA-Signalanteilen, indem die erzeugten IQ-Abtastwerte mit Schwingungen konjugiert komplex multipliziert werden, wobei die Frequenzen der Schwingungen den Frequenzabweichungen der PCMA-Signalanteile von einer PCMA-Mittenfrequenz entsprechen; (c) Potenzieren (S3) der gemischten PCMA-Signalanteile mit einem Potenzierfaktor, P; (d) Aufsummieren (S4) der potenzierten PCMA-Signalanteile in dafür jeweils vorgesehenen Akkumulatoren; und (e) Berechnen (S5) von Betragsquadraten für die in den Akkumulatoren jeweils aufsummierten Werte, welche zur Schätzung von Taktraten der PCMA-Signalanteile des PCMA-Signales ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Schätzung der Taktraten der PCMA-Signalanteile in Echtzeit ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die PCMA-Signalanteile des empfangenen PCMA-Signales nach Ermittlung ihrer Taktraten voneinander getrennt werden.
Verfahren nach den vorangehenden Patentansprüchen 11 bis 13, wobei das empfangene PCMA-Signal mit einem Überabtastfaktor, N, abgetastet wird, um Polyphasen mit äquidistanten Abtastwerten zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei für jede Polyphase ein gemischter Signalanteil erzeugt wird, indem die Abtastwerte der Polyphase mit einer Schwingung konjugiert komplex multipliziert werden, deren Frequenz der Frequenzabweichung eines PCMA-Signalanteiles von der PCMA-Mittenfrequenz entspricht.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der gemischte Signalanteil jeder Polyphase mit einem Potenzierfaktor, P, potenziert und in einem für die jeweilige Polyphase vorgesehenen Akkumulator mehrfach zu einem Wert aufsummiert wird, dessen Quadrat zur Schätzung der Taktraten der PCMA-Signalanteile herangezogen wird.