DE10307910A1

DE10307910A1 - Datenverarbeitungsschaltung und zugehöriges Verfahren zum Wiederherstellen eines übertragenen Datenstroms

Info

Publication number: DE10307910A1
Application number: DE10307910A
Authority: DE
Inventors: Alistair Goudie
Original assignee: Zarlink Semiconductor Ltd
Current assignee: Microsemi Semiconductor Ltd
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2003-09-25
Also published as: US6990615B2; GB2385753B; JP2004007429A; US20030200490A1; FR2839404A1; GB0204209D0; GB2385753A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Datenverarbeitungsschaltung (3) und auf ein zugehöriges Verfahren zum Wiederherstellen eines übertragenen Datenstroms (1). DOLLAR A Erfindungsgemäß umfaßt die Datenverarbeitungsschaltung (3) Datenwiederherstellungsmittel zum Empfangen eines ersten Datenstroms (2) mit einer ersten Bitrate und einer Mehrzahl von Signalpegeln, wobei der erste Datenstrom von einem zweiten Datenstrom (1) abgeleitet ist, der mit der ersten Bitrate an die Datenverarbeitungsschaltung (3) übertragen wird, zum Erzeugen eines Schätzwertes der übertragenen Signalpegel für jede Bitperiode der ersten Bitrate aus dem ersten Datenstrom und zum Erzeugen eines Qualitätsfaktors, der eine Genauigkeit jedes einzelnen Schätzwertes der Signalpegel repräsentiert, unter Benutzung der Schätzwerte für die Signalpegel, und Taktwiederherstellungsmittel (6), die ausgeführt sind, den Qualitätsfaktor von den Datenwiederherstellungsmitteln (4) zu empfangen und daraus einen Zeitpunkt zu bestimmen, an dem der erste Datenstrom (2) abgetastet werden soll und zum Abtasten der geschätzten Signalpegel in Abhängigkeit von dem bestimmten Zeitpunkt, wobei ein dritter Datenstrom erzeugt wird, der eine wiederhergestellte Ausgabe des zweiten Datenstroms (1) ist. DOLLAR A Verwendung für Datenempfangsschaltungen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Datenverarbeitungsschaltung nach dem Oberbegriff der Patentanspruchs 1 sowie ein zugehöriges Verfahren zum Wiederherstellen eines übertragenen Datenstrom.

Digitale Daten, die über eine physikalische oder drahtlose Verbindung übertragen werden, werden normalerweise zu einem gewissen Grad verfälscht. So kann beispielsweise Rauschen oder eine elektromagnetische Störung die Daten so beeinflussen, dass Fehler in den Empfangsdaten vorhanden sind. Die Verfälschung kann die Amplitude und/oder den Zeitablauf der Daten betreffen. In ernsten Fällen kann eine Verfälschung der Amplitude dazu führen, dass ein hoher Pegel als niedriger Pegel interpretiert wird. Zeitablauffehler wie ein Taktzittern (Jitter) können zum Verlust einer Synchronisation führen.

Dementsprechend benutzten Empfänger von digitalen Daten häufig eine Daten- und Zeitablaufwiederherstellungsschaltung, die versucht die ursprünglich übertragenen Daten wiederherzustellen. Herkömmliche Wiederherstellungsschaltungen wie ein drahtloser Local-Area-Network- Baustein (LAN-Baustein) WL102 benutzen normalerweise eine Flankenerkennungstechnik kombiniert mit einem Zustandserkennungssteuerwerk, um einen Startpunkt eines Datenpakets zu erkennen. Zustandserkennungssteuerwerke haben den Nachteil, dass ihre Fähigkeit gültige Datenpakete zu erkennen, davon abhängig ist, dass das Zustandserkennungssteuerwerk sich in einem richtigen Initialisierungszustand befindet.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, eine Datenverarbeitungsschaltung zur Verfügung zu stellen, die aus empfangenen beschädigten Datensignalen zuverlässig gültige Datenpakete erzeugt, und ein zugehöriges Verfahren zum Wiederherstellen eines übertragenen Datenstroms anzugeben.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellen einer Datenverarbeitungsschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eines Verfahrens zum Wiederherstellen eines übertragenen Datenstroms mit den Merkmalen des Anspruchs 9.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße Datenverarbeitungsschaltung umfaßt (i) Datenwiederherstellungsmittel (a) zum Empfangen eines ersten Datenstroms mit einer ersten Bitrate und einer Mehrzahl von Signalpegeln, wobei der erste Datenstrom von einem zweiten Datenstrom abgeleitet ist, der mit der ersten Bitrate an die Datenverarbeitungsschaltung übertragenen wird, (b) zum Erzeugen eines Schätzwertes der übertragenen Signalpegel für jede Bitperiode der ersten Bitrate aus dem ersten Datenstrom und (c) zum Erzeugen eines Qualitätsfaktors, der eine Genauigkeit jedes einzelnen Schätzwertes der Signalpegel repräsentiert, unter Benutzung der Schätzwerte für die Signalpegel; (ii) Taktwiederherstellungsmittel, die ausgeführt sind, den Qualitätsfaktor von den Datenwiederherstellungsmitteln zu empfangen und daraus einen Zeitpunkt zu bestimmen, an dem der erste Datenstrom abgetastet werden soll und zum Abtasten der geschätzten Signalpegel in Abhängigkeit von dem bestimmten Zeitpunkt, wobei ein dritter Datenstrom erzeugt wird, der eine wiederhergestellte Ausgabe des zweiten Datenstroms ist.

Die erfindungsgemäße Datenverarbeitungsschaltung ist als eine kombinierte Daten- und Taktwiederherstellungsschaltung aufgebaut. Aus geschätzten Signalpegeln eines verfälschten Datenstroms wird ein Qualitätsfaktor berechnet, der benutzt wird, um eine Abtastzeit der geschätzten Signalpegel einzustellen. Deshalb kann eine zuverlässige Wiederherstellung eines ursprünglichen Datenstroms bezüglich eines Signalpegels und eines Zeitablaufs erreicht werden.

Der dritte Datenstrom sollte substantiell der gleiche wie der zweite Datenstrom sein. In diesem Zusammenhang kann davon ausgegangen werden, dass jede Schaltung bzw. jedes Verfahren zur Takt- und Datenwiederherstellung zu einem Ergebnis führt, in dem Unterschiede zwischen dem übertragenen und wiederhergestellten Datenstrom vorhanden sind, insbesondere wenn man bedenkt, dass Millionen von Bits in jeder Sekunde übertragen werden. Wichtig ist aber, dass die Schaltung bzw. das Verfahren effizient ist, das bedeutet, dass die Unterschiede minimal sind. Die erfindungsgemäße Datenverarbeitungsschaltung erzielt durch eine integrierte Architektur eine Takt- und Datenwiederherstellung mit einer guten Effizienz.

Die Datenwiederherstellungsmittel können so ausgelegt sein, dass der erste Datenstrom mit einer zweiten Bitrate abgetastet wird, die größer als die erste Bitrate ist, wobei die in einer Bitperiode der ersten Bitrate abgetasteten Datenabtastwerte addiert werden und ein Ergebnis der Addition quantisiert wird, so dass es einen von einer Mehrzahl von Schwellwerten einnimmt, wobei ein Quantisierungsergebnis den geschätzten Signalpegel für jede Bitperiode der ersten Bitrate repräsentiert. Die zweite Bitrate ist vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Bitrate. Diese Bitrate mit einer höheren Frequenz (Oversampling) ist vorzugsweise ein Vier- oder Mehrfaches der ersten Bitrate.

Die Abtastdatenwerte von jeder Bitperiode der ersten Bitrate können vor der Addition gewichtet werden, wobei die Datenabtastwerte, die substantiell gegen eine Bitperiodenmitte von jeder Bitperiode abgetastet werden, mit einem größeren Wert gewichtet werden als die Abtastwerte, die substantiell gegen Bitperiodenende oder gegen Bitperiodenanfang jeder Bitperiode abgetastet werden.

Der Qualitätsfaktor kann mit Mitteln zum Gewichten und Addieren von Datenabtastwerten bestimmt werden, die in jeder Bitperiode abgetastet werden, wobei die Mittel zum Gewichten so ausgeführt sind, dass die Datenabtastwerte, die substantiell in der Mitte jeder Bitperiode abgetastet werden, mit einem größeren Wert gewichtet werden als die Abtastwerte, die substantiell gegen Bitperiodenende oder gegen Bitperiodenanfang jeder Bitperiode abgetastet werden.

Die Datenverarbeitungsschaltung kann zudem Mittel zum Erkennen eines Startpunktes des ersten Datenstroms umfassen. Die Mittel zum Erkennen eines Startpunktes können eine Korrelatorschaltung umfassen, die einen synchronisierten Datenstrom, der wenigsten den Startpunkt des zweiten Datenstroms repräsentiert, mit dem dritten Datenstrom vergleicht, um zu erkennen, wann die Schätzung des dritten Datenstroms substantiell mit dem synchronisierten Datenstrom übereinstimmt.

Der Qualitätsfaktor kann einen geschätzten optimalen Abtastzeitpunkt für jede Bitperiode anzeigen, wobei die Taktwiederherstellungsmittel ausgelegt sind, um den geschätzten optimalen Abtastzeitpunkt mit einem aktuellen Abtastzeitpunkt zu vergleichen und um den aktuellen Abtastzeitpunkt vorzuverlegen oder zu verzögern, so dass sich der aktuelle Abtastzeitpunkt dem optimalen Abtastzeitpunkt annähert.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Wiederherstellen von einem übertragenen Datenstrom umfaßt nachfolgende Schritte: einen Empfang eines ersten Datenstroms mit einer ersten Bitrate und mit einer Mehrzahl von Signalpegeln, der aus einem zweiten Datenstrom abgeleitet wird, der von einer Datenquelle mit der ersten Bitrate übertragen wird; eine Erzeugung eines Schätzwertes des übertragenen Datenstroms für jede Bitperiode; eine Erzeugung eines Qualitätsfaktors aus jedem der geschätzten übertragenen Signalpegel, der eine Genauigkeit jedes geschätzten Signalpegels anzeigt; und eine Berechnung eines Zeitpunktes aus dem Qualitätsfaktor, an dem der erste Datenstrom abgetastet werden soll und eine anschließende Abtastung der geschätzten Signalpegel in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt, der so bestimmt ist, dass ein dritter Datenstrom erzeugt wird, der substantiell der gleiche ist wie der zweite Datenstrom.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen übertragenen Datenstrom und einen Empfangsdatenstrom;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Daten- und Taktwiederherstellungsschaltung;
Fig. 3 ein Schaltbild einer in Fig. 2 dargestellten Bitabtastschaltung;
Fig. 4 drei graphische Darstellungen von Word-Maß-Daten, die von der in Fig. 2 dargestellten Daten- und Taktwiederherstellungsschaltung ausgegeben werden;
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer in Fig. 2 dargestellten Zeitablaufwiederherstellungsschaltung;
Fig. 1 (a) zeigt einen Teil eines übertragenen Datenstroms 1, der zwei abwechselnde Signalpegel aufweist, d. h. der Signalpegel wechselt zwischen einem niedrigen und einem hohen Pegel. Der übertragene Datenstrom 1 hat eine Bitrate von 1 MBit/s, d. h. jedes Bit hat eine Bitperiodendauer von 1 µs. Wenn der Datenstrom 1 über einen nicht perfekten Datenkanal übertragen wird, beispielsweise über einen drahtlosen Funkkanal, dann erfährt der Datenstrom eine gewisse Verfälschung, beispielsweise durch Rauschen oder andere atmosphärische Effekte.
Fig. 1 (b) zeigt einen Empfangsdatenstrom 2, der eine verfälschte Version des übertragenen in Fig. 1 (a) dargestellten Datenstroms 1 ist. Der Empfangsdatenstrom 2 repräsentiert ein Ausgangssignal einer in einem Empfänger angeordneten Demodulatorschaltung, wobei die Demodulatorschaltung den Datenstrom 1 über irgendeinen Kanal empfangen hat. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, wurde ein Pulssignal "a" von Fig. 1 (a) so beeinflußt, dass die Amplitude einer empfangenen Version des Pulssignals "a''' verfälscht ist. Ein Pulssignal "b" ist so beeinflußt, dass sowohl die Amplitude als auch der Zeitablauf einer empfangenen Version des Pulssignals "b''' verfälscht ist. Pulssignale "c" und "d" sind so beeinflußt, dass nur der Zeitablauf einer jeweiligen zugehörigen empfangenen Version der Pulssignale "c''' und "d''' verfälscht ist. Wenn ein solcher verfälschter Datenstrom 2 an eine Empfangseinrichtung weitergeleitet wird, beispielsweise an einen Rechner, dann können Datenfehler auftreten, die einen Betrieb des Rechners behindern. Dementsprechend wird eine spezielle Datenverarbeitungsschaltung nach der Demodulatorschaltung benötigt, nämlich eine Daten- und Taktwiederherstellungsschaltung. Fig. 2 zeigt eine Daten- und Taktwiederherstellungsschaltung 3, die in vorteilhafter Weise Funktionen einer Daten- und Zeitablaufwiederherstellung in einem integrierten System kombiniert.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist umfaßt die Daten- und Taktwiederherstellungsschaltung 3 drei Hauptblöcke, nämlich einen Datenwiederherstellungsblock 4, einen Taktwiederherstellungsblock 6 und eine Korrelatorschaltung 8. Der Datenwiederherstellungsblock 4 ist zum Empfangen des Empfangsdatenstroms 2 ausgelegt und erzeugt aus diesem eine Abschätzung der Signalpegel für jede Bitperiode des ursprünglichen übertragenen Datenstroms 1. Weil der übertragene Datenstrom 1 mit einer Bitrate von 1 MBit/s gesendet wird, wird der Signalpegel des Empfangsdatenstroms 2 für jede Bitperiode von 1 µs geschätzt. Die Schätzwerte der Signalpegel werden im Datenwiederherstellungsblock 4 gespeichert und durch den Taktwiederherstellungsblock 6 abgetastet, so dass der ursprüngliche Datenstrom wiederhergestellt wird.
Der Datenwiederherstellungsblock 4 ist auch ausgelegt, um ein so genanntes Word-Maß zu erzeugen, das ist ein Qualitätsfaktor, der die Genauigkeit der geschätzten Signalpegel repräsentiert. Der Taktwiederherstellungsblock 6 ist ausgelegt, um sowohl den Empfangsdatenstrom 2 und das im Taktwiederherstellungsblock 4 erzeugte Word-Maß zu benutzen, um festzustellen, ob ein aktueller Abtastzeitpunkt optimal ist oder nicht. Ist der Abtastzeitpunkt nicht optimal, dann wird die aktuelle Abtastzeit so verändert, dass sie sich einer idealen Abtastzeit annähert. Die Korrelatorschaltung 8 ist ausgelegt, um festzustellen, wann der Startpunkt eines neuen Datenstroms erreicht ist.
Nachfolgend wird der Datenwiederherstellungsblock 4, der Taktwiederherstellungsblock 6 und die Korrelatorschaltung 8 im Detail beschrieben.
Der Datenwiederherstellungsblock 4 umfaßt zwölf Bitabtastschaltungen 16a bis 16l, obwohl aus Gründen der Übersichtlichkeit nur sechs Bitabtastschaltungen 16a bis 16c und 16j bis 16l in Fig. 2 dargestellt sind. Die dazwischenliegenden Bitabtastschaltungen 16d bis 16i werden durch einen Zwischenbitabtastschaltungsblock 17 repräsentiert. Die erste Bitabtastschaltung 16a ist mit einer Schaltungseingangsleitung 14 verbunden, die den Empfangsdatenstrom 2 von einer nicht dargestellten Demodulatorschaltung überträgt. Die Bitabtastschaltungen 16a bis 16l sind in Reihe angeordnet, so dass die Daten von einem Ausgang einer Bitabtastschaltung zu einem Eingang einer nächsten Bitabtastschaltung verschoben werden, z. B. vom Ausgang 18a der ersten Bitabtastschaltung 16a zu einem Eingang der zweiten Bitabtastschaltung 16b. Datensignale, die in jedem der Bitabtastschaltungen 16a bis 16l gespeichert sind, werden in die Korrelatorschaltung 18 eingegeben, wie nachfolgend im Detail beschrieben ist.
Jede Bitabtastschaltung 16a bis 16l ist ausgelegt, um den Empfangsdatenstrom 2 mit einer Rate abzutasten, die fünf mal größer ist als die Bitrate des übertragenen Datenstroms 1 (Oversampling). Weil der übertragene Datenstrom 1 mit einer Bitrate von 1 MBit/s gesendet wird, werden in anderen Worte ausgedrückt, fünf Abtastwerte in jeder Bitperiode von 1 µs abgetastet. Zur Durchführung empfängt der Datenwiederherstellungsblock 4 ein Taktsignal mit einer Taktrate, die fünf mal größer ist als die Bitrate des übertragenen Datenstroms 1, d. h. mit einer Taktrate von 5 MBit/s. Jede Bitabtastschaltung 16a bis 16l empfängt das Taktsignal mit der Taktrate von 5 MBit/s auf der Taktleitung 24. In Fig. 2 ist nur die Verbindung der ersten Bitabtastschaltung 16a mit der Taktleitung 24 dargestellt.
Der mit der höheren Taktrate (5 Mbit/s) abgetastete Datenstrom wird so weiterverarbeitet, dass eine Abschätzung des Signalpegels, die entweder ein hoher oder ein niedriger Pegel ist, in jeder Bitperiode von 1 µs des Empfangsdatenstroms 2 gespeichert wird und, dass der Qualitätsfaktor für jede Bitperiode von 1 µs des Datenstroms, das sogenannte Bit- Maß, berechnet wird, wobei das Bit-Maß eine Anzeige für die Genauigkeit der Signalpegelschätzung liefert. Jedes Bit-Maß wird auf entsprechenden Bit-Maß-Leitungen 19a bis 19l ausgegeben, wobei anschließend die Bit-Maße von einer Reihe von Addierern 20 addiert werden, um das oben erwähnte Word-Maß zu erzeugen.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der ersten Bitabtastschaltung 16a. Es wird vorausgesetzt, dass die zweiten bis zwölften Bitabtastschaltungen 16b bis 16l genau den gleichen Aufbau haben, wie die in Fig. 3 dargestellte Bitabtastschaltung 16a.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, umfaßt die erste Bitabtastschaltung 16a erste bis fünfte Zwischenspeicher 30a bis 30e vom D-Typ, einen ersten Berechnungsblock 32 einen zweiten Berechnungsblock 34 und einen Exclusive-ODER-Block 36 (XOR-Block). Die ersten bis fünften Zwischenspeicher 30a bis 30e sind in Reihe angeordnet, so dass ein Ausgang des ersten Zwischenspeichers 30a mit einem Eingang des zweiten Zwischenspeichers 30b verbunden ist, usw.. Die Schaltungseingangsleitung 14 ist mit einem Eingang des ersten Zwischenspeichers 30a und eine Ausgangsleitung 18a des fünften Zwischenspeichers 30e ist mit einem Eingang der in Fig. 2 dargestellten zweiten Bitabtastschaltung 16b verbunden. Die ersten bis fünften Zwischenspeicher 30a bis 30e werden von einem Taktsignal mit einer Bitrate von 5 Mbit/s getaktet, so dass in jeder Bitperiode von 1 µs des Datenstroms fünf Abtastwerte vom Eingangssignalpegel abgetastet werden, wobei die Abtastwerte gespeichert und bei jeder Taktperiode des Taktsignals mit einer Taktrate von 5 Mbit/s entlang der Zwischenspeicher verschoben werden.
Die erste Bitabtastschaltung 16a erzeugt einen Schätzwert des übertragenen Signalpegels durch Mittel zum Durchführen einer Mehrheitsauswahlfunktion aus den mit der höheren Taktrate abgetasteten Daten. Diese Funktion wird vom ersten Berechnungsblock 32 durchgeführt. Der erste Berechnungsblock 32 empfängt fünf in den Zwischenspeichern 30a bis 30e gespeicherte Datenabtastwerte. Die Eingangssignale des ersten Berechnungsblocks 32 werden so gewichtet, dass die Datenabtastwerte von der ersten und der fünften Zwischenspeicherschaltung 30a und 30e mit eins multipliziert werden, die Datenabtastwerte der zweiten und der vierten Zwischenspeicherschaltung 30b und 30d werden mit zwei multipliziert und der Datenabtastwert der dritten Zwischenspeicherschaltung 30c wird mit drei multipliziert. Diese Anordnung der Gewichtung berücksichtigt die Tatsache, dass die Datenabtastwerte, die in der Mitte einer Bitperiode abgetastet werden, mit einer höheren Wahrscheinlichkeit richtig sind, als die Datenabtastwerte, die an einem Bitperiodenanfang oder an einem Bitperiodenende abgetastet werden, die mit einer höheren Wahrscheinlichkeit durch Spannungsspitzen oder Taktzittern beeinflußt sind. Dementsprechend wird anstelle einer einfachen Durchschnittsermittlung mehr Wert auf die in der Mitte abgetasteten Datenabtastwerte gelegt, um zu entscheiden, ob der richtige Signalpegel für eine bestimmte Bitperiode ein hoher oder ein niedriger Pegel ist. Die gewichteten Ergebnisse werden im ersten Berechnungsblock 32 addiert, der ein Signal mit einem hohen Pegel ausgibt, wenn das Ergebnis größer als vier ist. Der Wert vier wurde als geeigneter Schwellwert angesehen, um zu entscheiden, ob die Summe der gewichteten Datenabtastwerte einen hohen oder einen niedrigen Signalpegel anzeigen. Unter anderen Umständen kann auch ein anderer Schwellwert ausgewählt werden. Diese Schwellwertwahl resultiert in einer Datenquantisierung.
Die erste Bitabtastschaltung 16a berechnet das Bit-Maß mit Hilfe eines ähnlichen Gewichtungs- und Addiervorgangs, der durch den zweiten Berechnungsblock 34 ausgeführt wird. So wie der erste Berechnungsblock 32 empfängt der zweite Berechnungsblock 34 die fünf in den ersten bis fünften Zwischenspeichern 30a bis 30e gespeicherten Datenabtastwerte. Jedoch werden in diesem Fall die Datenabtastwerte über einen XOR- Block 36 empfangen, der nur freigeschaltet wird, wenn das Ausgangssignal des ersten Berechnungsblocks 32 einen hohen Pegel hat. Der XOR-Block 36 modifiziert die Signale aus den Zwischenspeichern 30a bis 30e so, dass ein Signal, das in den zweiten Berechnungsblocks 34 eingegeben wird, einen hohen Pegel hat, wenn es nicht einen gleichen Pegel hat wie ein Signal "Recov_Data" 38 oder einen niedrigen Pegel hat, wenn es den gleichen Pegel wie das Signal Recov_Data 38 hat. Die Eingangssignale in den zweiten Berechnungsblock 34 werden wieder so gewichtet, dass die Datenabtastwerte von der ersten und der fünften Zwischenspeicherschaltung 30 und 30e mit eins multipliziert werden, die Datenabtastwerte der zweiten und der vierten Zwischenspeicherschaltung 30b und 30d werden mit zwei multipliziert und der Datenabtastwert der dritten Zwischenspeicherschaltung 30c wird mit drei multipliziert. Ein Ausgangssignal des zweiten Berechnungsblocks 34 repräsentiert die Summe der Bits, die mit dem Signal Recov_Data 38 nicht übereinstimmen und liegt in einem Bereich von null, wenn alle Bits übereinstimmen, bis vier. Jede Kombination von Eingangssignalen, die eine Summe im Bereich von fünf bis neun ergeben führt dazu, dass das Signal Recov_Data 38 die Polarität wechselt, was zu einem Ergebnis mit einer Summe im Bereich von vier bis null führt.
Um die Funktion des ersten und des zweiten Berechnungsblocks 32, 34 darzustellen, wird ein Fall angenommen, bei dem ein nicht verfälschtes Pulssignal eine Bitperiode von 1 µs hat und ein hoher Pegel wird als Signalpegel in die erste Bitabtastschaltung 16a eingegeben. Anfänglich, zu einem Zeitpunkt t1 beinhaltet nur der erste Zwischenspeicher 30 ein Signal mit einem hohen Pegel. Dementsprechend ist die gewichtete Summe eins, was nicht größer als vier ist und deshalb wird ein Signal mit einem niedrigen Pegel ausgegeben. Die Ausgabe des zweiten Berechnungsblocks 34 ist eins, weil das Signal Recov_Data 38 nur nicht mit dem Wert im Zwischenspeicher 30a übereinstimmt. Zu einem Zeitpunkt t2 beinhalten der erste und der zweite Zwischenspeicher 30a und 30b ein Signal mit einem hohen Pegel und deshalb ist das Ausgangssignal des ersten Berechnungsblocks 32 wieder ein Signal mit einem niedrigen Pegel und die Ausgabe des zweiten Berechnungsblocks 34 steigt auf drei an. Zu einem Zeitpunkt t3 beinhalten der erste, der zweite und der dritte Zwischenspeicher 30a bis 30c ein Signal mit einem hohen Pegel und deshalb ist das Ausgangssignal des ersten Berechnungsblocks 32 ein hoher Pegel, weil die gewichtete Addition als Ergebnis sechs liefert, was größer als vier ist. Dementsprechend wird der XOR- Block 36 freigeschaltet und der zweite Berechnungsblock 34 liefert ein Ausgangssignal mit dem Wert drei, d. h. neun minus sechs.
Zu einem Zeitpunkt, an dem alle Zwischenspeicher 30a bis 30e ein Signal mit einem hohen Pegel beinhalten, ist das Ausgangssignal des ersten Berechnungsblocks 32 wieder ein Signal mit einem hohen Pegel und die Ausgabe des zweiten Berechnungsblocks 34 ist null, weil alle Datenabtastwerte mit dem Ausgangssignal des ersten Berechnungsblocks übereinstimmen. Deshalb ist das Bit-Maß, das vom zweiten Berechnungsblocks 34 auf der Bit-Maß-Leitung 19a ausgegeben wird, auf seinem minimalsten und daher besten oder optimalen Wert für einen Abtastzeitpunkt, d. h. alle gespeicherten Datenabtastwerte tendieren zu diesem Zeitpunkt zu einer Übereinstimmung. Wenn das Bit-Maß auf seinem maximalen Wert ist, dann entspricht dies einem schlechtesten Abtastzeitpunkt, weil die Datenabtastwerte zu diesem Zeitpunkt zu einer Nichtübereinstimmung tendieren. Wenn die Datenabtastwerte aus den Zwischenspeichern 30a bis 30e hinaus und in die Zwischenspeicher der nachfolgenden zweiten Bitabtastschaltung hineingeschoben werden, dann wird ein dem Signal mit einem hohen Pegel nachfolgendes Signal mit einem niedrigen Pegel in die Zwischenspeicher 30a bis 30e geschoben. Dementsprechend wechselt das Ausgangssignal des ersten Berechnungsblocks wieder auf einen niedrigen Pegel, wenn die gewichtete Summe gleich vier oder kleiner ist, und das Ausgangssignal des zweiten Berechnungsblocks 34 beginnt wieder anzusteigen, wenn die Datenabtastwerte wieder zu einer Nichtübereinstimmung tendierten.
Fig. 4a zeigt eine graphische Darstellung 40 des Bit-Maßes für einen oben beschriebenen Idealfall eines unverfälschten Pulssignals 42, das nicht in seiner Periodendauer und seiner Amplitude verfälscht ist. Fig. 4b zeigt eine ähnliche graphische Darstellung 44 für ein Pulssignal 46 mit einer verfälschten Amplitude. Wie aus der Fig. 4b ersichtlich ist, sind die Punkte mit einem minimalen und einem maximalen Wert dichter zusammen. In der Tat tendieren diese Punkte zu konvergieren, wenn die Amplitudenverfälschung zunimmt. Wenn ein Pulssignal von einer Taktsignalverfälschung betroffen ist, dann resultiert dies in einer graphischen Darstellung 49 des Bit-Maßes, das wie in Fig. 4c dargestellt ist, verschoben ist.
Zurückkommend auf die Fig. 3 wird der oben beschriebene Vorgang in der ersten Bitabtastschaltung 16a für die zweiten bis zwölften Bitabtastschaltungen 16b bis 16l wiederholt, wenn der Empfangsdatenstrom 2 durchgetaktet wird. Deshalb wird der mit der höheren Bitrate abgetastete Datenstrom für zwölf Bitperioden oder 12 µs aufrecht erhalten. Wie oben bereits ausgeführt, wird jedes Bit-Maß, das vom zweiten Berechnungsblock 34 ausgegeben wird durch entsprechende Addierer 20 aufaddiert. Der letzte Addierer 20' gibt das Word-Maß auf einer Word-Maß-Leitung 22 aus. Wie bereits ausgeführt, ist das Word-Maß ein Qualitätsfaktor, der die Genauigkeit der gesamten Signalpegel repräsentiert, die in den Bitabtastschaltungen 16a bis 16l gespeichert sind. In einer graphischen Darstellung ist das Word-Maß eine übersteigerte Version des Bit-Maßes. Deshalb beeinflußt eine Verfälschung des Empfangsdatenstroms 2 das Erscheinungsbild des Word-Maßes in gleicher Weise, wie oben für ein einzelnes Bit-Maß beschrieben wurde. Das Word-Maß wird an einen Empfangsqualitätsmaßprozessor 12 ausgegeben, der eine numerische Darstellung der Genauigkeit der Daten- und Taktwiederherstellungsschaltung 3 ausgibt. Diese numerische Darstellung wird auch als Empfangsqualitätsmaß bezeichnet. Insbesondere wird, wenn der Taktwiederherstellungsblock 6 ein Flag-Signal "Lock" setzt, das später beschrieben wird, das aktuelle Word-Maß mit zweiunddreißig multipliziert und in den Empfangsqualitätsmaßprozessor 12 geladen. Dann wird für jede Bitperiode der nachfolgende Algorithmus ausgeführt:
Wenn ((,Word-Maß' × 32)> Empfangsqualitätsmaß)
dann ,Empfangsqualitätsmaß' = ,Empfangsqualitätsmaß' + 32
sonst wenn ,Empfangsqualitätsmaß'>0
dann ,Empfangsqualitätsmaß' = ,Empfangsqualitätsmaß' - 1.
Der Empfangsqualitätsmaßprozessor 12 sollte in der Lage sein, einen Wert von 13 × 4 × 32 = 1664 aufzunehmen und sollte deshalb eine Bitlänge von 11 Bits haben. Das ausgegebene Empfangsqualitätsmaß entspricht den acht höchstwertigsten Bits von den im Empfangsqualitätsmaßprozessor 12 gespeicherten Daten. Am Ende des Datenstroms sollte der Empfangsqualitätsmaßprozessor 12 ein Maß für eine Durchschnittsabweichung von den idealen Daten enthalten.
Der Aufbau des gesamten Datenwiederherstellungsblocks 4 ist vergleichbar mit einem FIR-Filter (Finite Impulse Response Filter).
Nun wird die Funktionsweise der Korrelatorschaltung 8 beschrieben. Wie oben bereits ausgeführt, ist die Korrelatorschaltung 8 ausgelegt, um den Startpunkt eines neuen Datenstroms zu erkennen. Zur Durchführung empfängt die Korrelatorschaltung 8 einen Datenstrom "Sync.Word", der einem Synchonisationsdatenstrom entspricht, der im Anfangsbereich des Empfangsdatenstroms 2 enthalten ist. Die Korrelatorschaltung 8 bringt (a) die im Datenwiederherstellungsblock 4 gespeicherte Signalpegelschätzung und (b) den Datenstrom "Sync.Word" in eine Wechselbeziehung und bestimmt anschließend in Abhängigkeit von der besten Anpassung zwischen den beiden Datenströmen den Startpunkt des Empfangsdatenstroms 2.
Für das hier beschriebene Ausführungsbeispiel, bei dem die Daten- und Taktwiederherstellungsschaltung 3 mit einem Bluetooth-Empfänger benutzt wird, sollte die Korrelatorschaltung 8 in der Lage sein, 64-Bit lange Daten zu erfassen, da dies der Länge eines Bluetooth-Datenpakets entspricht. Wenn nur ein Abtastdatenwert pro Bitperiode von den Bitabtastschaltungen 16a bis 16l abgetastet wird, dann könnte ein durch den Taktwiederherstellungsblock 6 hervorgerufenes Problem mit fehlenden Bits auftreten. Wenn fünf Datenabtastwerte pro Bitperiode für das gesamte 64-Bit lange Datenpaket benutzt werden, was die beste Verfahrensleistung ergibt, dann könnte es bedeutende Probleme mit dem Energieverbrauch und der Bauteilgröße geben. Dementsprechend wird ein Kompromiß gewählt, bei dem die ältesten wiederhergestellten Datenbits, die in der zwölften Bitabtastschaltung 16l gespeichert sind, in ein Empfangsdatenregister 10 geladen werden. Das Empfangsdatenregister 10 gibt die ältesten in ihm gespeicherten 52-Bits an die Korrelatorschaltung 8 aus. Die Korrelatorschaltung 8 empfängt ebenfalls zwölf jüngste wiederhergestellte Datenbits, die in den ersten bis zwölften Datenabtastschaltungen 16a bis 16l gespeichert sind, um ein 64-Bit langes Datenwort aufzubauen, das mit dem Datenstrom "Sync.Word" korreliert wird. Wenn das Korrelationsergebnis einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, dann wird ein Korrelatorschaltungstriggersignal "Corr_Trig" auf einer Leitung 27 erzeugt und das Korrelationsergebnis aufgenommen. Ein nicht dargestellter Zähler innerhalb der Korrelatorschaltung 8 zählt die Anzahl der Bitperioden, die nach dem Setzen des Triggersignals "Corr_Trig" auftreten. Wenn ein nachfolgendes Korrelationsergebnis ein besseres Ergebnis erbringt, bevor der Zähler einen bestimmten Zählerstand erreicht hat, dann wird das neue Korrelationsergebnis aufgenommen, das Triggersignal "Corr_Trig" erneut gesetzt und der Zähler zurückgesetzt. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis der Zähler den bestimmten Zählerstand erreicht, an dem die Korrelatorschaltung 8 gesperrt wird. Das Triggersignal "Corr_Trig" wird zum Taktwiederherstellungsblock 6 übertragen.
Der Taktwiederherstellungsblock 6 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 5 im Detail beschrieben. Der Taktwiederherstellungsblock 6erzeugt ein Taktsignal mit einer Bitrate von 5 Mbit/s für den Datenwiederherstellungsblock 4, um den Empfangsdatenstrom 2 mit einer höheren Bitrate abzutasten. Die Frequenz des Taktsignals von 5 Mbit/s wird von der Taktwiederherstellungsfunktion nicht modifiziert. Der Taktwiederherstellungsblock 6 erzeugt auch ein Datenabtastsignal, das kurz auf einen hohen Pegel wechselt, um eine aktuelle Schätzung für einen idealen Abtastzeitpunkt anzuzeigen. Eine im Taktwiederherstellungsblock 6 benutzte Datenabtastsignalleitung 28, ist mit der Korrelatorschaltung 8 verbunden und wird benutzt um ein Datensignal zu erzeugen, das über eine Leitung 60 ausgegeben wird. Der Taktwiederherstellungsblock 6 ist auch ausgelegt, um den Empfangsdatenstrom 2 und das im Datenwiederherstellungsblock 4 erzeugte Word-Maß zu analysieren und festzustellen, ob ein aktueller Abtastzeitpunkt richtig ist oder nicht. Wenn nicht, dann wird der aktuelle Abtastzeitpunkt so verändert, dass er sich dem idealen Abtastzeitpunkt annähert.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, umfaßt der Taktwiederherstellungsblock 6 einen Bitperiodenzähler 50, einen Einstellungsblock 52 und einen Maßprozessor 54. Der Bitperiodenzähler 50 umfaßt nicht nur ein Taktsignal mit einer Bitrate von 5 MBit/s auf einer Taktleitung 24 und ein Datenabtastsignal auf der Leitung 28, sondern auch ein Zählerregister, das in wiederholenden Mustern von -2 bis +2 (als Binärzahl) erhöht wird. Diese sich wiederholenden Muster werden als Signal "Count" an den Einstellungsblock 52 ausgegeben. Der Bitperiodenzähler 50 ist für ein Abtasten der aktuellen im Datenwiederherstellungsblock 4 gespeicherten Daten verantwortlich, dies geschieht, wenn das Signal "Count" null ist. Das Abtasten wird durch eine Ausgabe des Datenabtastsignals mit einem hohen Pegel auf der Abtastleitung 28 durchgeführt, die mit der ersten Bitabtastschaltung 16a verbunden ist. Der in der ersten Bitabtastschaltung 16a gespeicherte Schätzwert des Signalpegels wird zu diesem Zeitpunkt über die Datenausgangsleitung 60 ausgegeben. Dieser Signalpegel repräsentiert ein erstes wiederhergestelltes Datenbit für eine bestimmte Bitperiode von 1 µs. Der Zeitablauf des Datenabtastsignals wird durch Mittel zum Vorverlegen oder zum Verzögern des sich wiederholenden Musters im Zählerregister des Bitperiodenzählers 50 eingestellt. Dies wird durch ein Signal "Adjust" vom Einstellungsblock 52 gesteuert, wie nachfolgend beschrieben wird.
Der Maßprozessor 54 ist ausgelegt, um das Word-Maß auf der Word- Maß-Leitung 22 zu empfangen. Wie bereits ausgeführt wurde, zeigt das Word-Maß, das eine aufsummierte Version der individuellen Bit-Maße ist, die Genauigkeit der in den Bitabtastschaltungen 16a bis 16l gespeicherten Signalpegel an. Wenn die meisten Signalpegel übereinstimmen, dann ist das Word-Maß auf einem minimalen Wert. Zu einem Zeitpunkt, an dem die meisten Signalpegel nicht übereinstimmen, ist das Word- Maß auf seinem maximalen Wert. Idealerweise ist das Word-Maß, wenn die Datenabtastwerte übereinstimmen und viele Übergangsflanken im Empfangsdatenstrom 2 vorhanden sind, zu einem idealen Abtastzeitpunkt sehr klein, und eine halbe Bitperiodendauer später sehr groß. Wenn weniger Flankenübergänge vorhanden sind, dann ist der Spitzenwert des Word-Maßes niedriger, aber der minimale Wert ist auch niedriger. Für verrauschte Daten, d. h. wenn die betroffenen Daten eine Mischung aus hohen und niedrigen Signalpegeln sind, wird der minimale Wert höher sein, und der Spitzenwert wird niedriger sein. In anderen Worten ausgedrückt, der maximale und der minimale Wert konvergieren.
Innerhalb jeder Bitperiode erfaßt der Maßprozessor 54 sowohl den maximalen als auch den minimalen Wert des Word-Maßes und eine relative Zeitdifferenz zwischen dem minimalen Wert und dem aktuellen Abtastzeitpunkt. Der Maßprozessor 54 gibt ein Datensignal "Singificance" aus, das in einem Bereich von zwei, wenn der Unterschied zwischen dem maximalen und dem minimalen Wert des Word-Maßes relativ groß ist, bis null liegt, wenn der Unterschied relativ klein ist. Die relative Zeitdifferenz wird als Signal "Minimum count" an den Einstellungsblock 52 ausgegeben.
Der Einstellungsblock 52 empfängt (i) den Empfangsdatenstrom 2 oder ein Ausgangssignal eines Demodulators auf der Dateneingangsleitung 14, (ii) das Triggersignal "Corr Trig" von der Korrelatorschaltung 8, (iii) die Zählerdatensignale "Count" vom Bitperiodenzähler 50, (iv) das Datensignal "Significance" vom Maßprozessor 54 und (v) das Datensignal "Minimum Count" vom Maßprozessor 54. Der Einstellungsblock 52 gibt ein Signal "Adjust" wie oben beschrieben an den Bitperiodenzähler 50 aus.
Der Einstellungsblock 52 ist ausgelegt, um zu bestimmen, ob ein aktueller Abtastzeitpunkt, d. h. der Zeitpunkt an dem das Datenabtastsignal auf der Leitung 28 auf einen hohen Pegel wechselt, verändert werden soll oder nicht, und wenn der aktuelle Abtastzeitpunkt verändert werden soll, zu bestimmen ob der Abtastzeitpunkt vorverlegt oder verzögert werden soll. Zum Zeitpunkt eines neuen Datenstroms sollte der Abtastzeitpunkt so schnell wie möglich mit dem Datenstrom synchronisiert werden, und irgendwelche erforderlichen Einstellungen sollten so schnell wie möglich durchgeführt werden. Wenn der Abtastzeitpunkt einmal mit dem Datenstrom synchronisiert ist, dann sollte es nicht erforderlich sein, den Abtastzeitpunkt häufig zu verändern, so dass die Einstellungsrate verkleinert werden kann.
Der Einstellungsblock 52 umfaßt ein Flag-Signal "Lock", das zum Startzeitpunkt eines neuen Datenstroms auf einen niedrigen Pegel zurückgesetzt wird. Das Flag-Signal "Lock" wechselt auf einen hohen Pegel, wenn der Einstellungsblock feststellt, dass eine Synchronisation stattgefunden hat. Dies wird durch Benutzung eines drei Bit langen Lockzählers erreicht, der mit einem Zählerstand von sieben zum Startzeitpunkt eines neuen Datenstroms initialisiert wird. Immer wenn der Maßprozessor 54das Signal "Significance" mit einem Wert von zwei anzeigt, - was einen großen Unterschied zwischen dem maximalen und dem minimalen Wert des Word-Maßes anzeigt - dann wird der Zählerstand des Lockzählers verringert. Wenn der Lockzähler einen Zählerstand mit einem Wert null erreicht, dann wird das Flag-Signal "Lock" gesetzt. Der Lockzähler wird auch gesetzt, wenn das Triggersignal "Corr_Trig" einen hohen Pegel hat, das anzeigt, dass die Korrelatorschaltung 8 einen Startpunkt eines neuen Datenstroms erkannt hat.
Der Einstellungsblock 52 umfaßt auch einen neun Bit langen Einstellungszähler, der einen Wert zwischen -256 und 255 annehmen kann. Für jede Bitperiode, in der der Maßprozessor 54 anzeigt, dass der minimale Wert des Word-Maßes vor dem aktuellen Abtastzeitpunkt auftritt, wird der Wert des Datensignals "Significance" mit vier multipliziert und das Ergebnis vom Zählerstand des Einstellungszählers abgezogen. Wenn der Maßprozessor 54 anzeigt, dass der minimale Wert nach dem aktuellen Abtastzeitpunkt auftritt, dann wird der Wert des Datensignals "Significance" mit vier multipliziert und das Ergebnis zum Zählerstand des Einstellungszählers addiert.
Zusätzlich zu den obigen Ausführungen, wird der Empfangsdatenstrom 2, der auf der Eingangsleitung 14 empfangen wird, in eine Flankenerkennungsschaltung eingegeben. Die nicht dargestellte Flankenerkennungsschaltung umfaßt einen Zwischenspeicher vom D-Typ, der von einem in der Schaltung verfügbaren Taktsignal mit der höchsten Taktfrequenz getaktet wird. Wenn das Eingangssignal in den Zwischenspeicher sich vom Ausgangssignal des Zwischenspeichers unterscheidet, dann wird eine Flanke erkannt. Wenn das Signal "Count" vom Bitperiodenzähler 50 negativ ist, wenn die Flanke erkannt wird, dann wird die Flanke als ,früh' angesehen. Wenn das Signal "Count" vom Bitperiodenzähler 50 positiv ist, wenn die Flanke erkannt wird, dann wird die Flanke als ,spät' angesehen. Wenn das Signal "Count" vom Bitperiodenzähler 50 null ist, dann ist die Flanke zum erwarteten Zeitpunkt aufgetreten. Wenn die Flanke zu einem früheren Zeitpunkt als erwartet aufgetreten ist, dann wird der Zählerstand des Einstellungszählers verkleinert. Wenn die Flanke zu einem späteren Zeitpunkt als erwartet aufgetreten ist, dann wird der Zählerstand des Einstellungszählers vergrößert. Die Flankenerkennungsschaltung kann eine feinere Auflösung für die Einstellung zur Verfügung stellen, insbesondere dann, wenn die Flankenerkennungsschaltung mit einer größeren Frequenz arbeitet als das Taktsignal, das eine Bitrate von 5 Mbit/s hat.
Wenn das Flag-Signal "Lock" auf einem niedrigen Pegel ist, dann wird eine Einstellung zu dem Zeitpunkt getriggert, an dem der Zählerstand des Einstellungszählers +/- 8 erreicht oder überschreitet. Wenn das Flag-Signal "Lock" auf einen hohen Pegel gesetzt ist, dann wird eine Einstellung zu dem Zeitpunkt getriggert, an dem der Zählerstand des Einstellungszählers +/- 128 erreicht oder überschreitet. Wie nachfolgend ausgeführt wird, wird der Bitperiodenzähler 50 vorverlegt, wenn der Einstellungszähler einen negativen Zählerstand hat und, wenn der Einstellungszähler einen positiven Zählerstand hat, dann wird der Bitperiodenzähler verzögert. Zum gleichen Zeitpunkt werden die Schwellwerte des Einstellungszählers, d. h. +/- 8 bzw. +/- 128, zum Zählerstand des Einstellungszählers addiert oder abgezogen. Ein Anfangszählerstand des Einstellungszähler und die Schwellwerte für die Einstellungen sind von einer Implementierung abhängig und können davon abhängig sein, wie variabel oder stabil die Bitperiode ist.
Wie oben bereits ausgeführt, zeigt das Signal "Adjust" vom Einstellungsblock 52 an, ob der aktuelle Abtastzeitpunkt vorverlegt oder verzögert werden soll. Wenn das Signal "Adjust" anzeigt, dass ein idealer Abtastzeitpunkt früher als der aktuelle Abtastzeitpunkt ist, dann wird der Bitperiodenzähler 50 für eine einzelne Taktperiode um zwei erhöht, anstelle einer ursprünglichen Erhöhung um eins. Das bedeutet, das der Bitperiodenzähler 50 den Wert null eine Taktperiode früher erreicht und so die Datensignale einen Takt früher abgetastet werden. Wenn das Signal "Adjust" anzeigt, dass ein idealer Abtastzeitpunkt später als der aktuelle Abtastzeitpunkt ist, dann hält der Bitperiodenzähler 50 seinen Zählerstand für eine Taktperiode, so dass der Wert null eine Taktperiode später erreicht wird. Dadurch werden die Datensignale einen Takt später abgetastet.
Dadurch wird eine Rückkopplungsschleife oder eine Nachfolgeschleife aufgebaut, wobei ein Maß für die Genauigkeit der im Datenwiederherstellungsblock 4 gespeicherten Datensignale benutzt wird, um zu bestimmen, ob ein aktueller Abtastzeitpunkt richtig ist oder nicht, und wenn nicht, zu bestimmen, wie der Abtastzeitpunkt eingestellt werden sollte. Der Takt- oder Zeitablaufwiederherstellungsvorgang wird im Taktwiederherstellungsblock 6 durchgeführt, der seine Eingangssignale sowohl vom Datenwiederherstellungsblock 4 als auch von der Korrelatorschaltung 8 erhält, wobei die Korrelatorschaltung 8 den Startpunkt eines neuen Datenstroms bestimmt. Zur Durchführung benutzt die Korrelatorschaltung 8 die bereits im Datenwiederherstellungsblock 4 mit der höheren Bitrate abgetasteten Datensignale, wodurch ein verbessertes Korrelationsergebnis erreicht wird, als wenn nur ein Abtastwert pro Bitperiode benutzt wird. Durch die integrierten Funktionen ist die gesamte Daten- und Taktwiederherstellungsschaltung 3 in der Lage eine genaue Darstellung des übertragenen Datenstroms 1 aus dem verfälschten Empfangsdatenstrom 2 herzustellen. Die Integration der individuellen Funktionsblöcke - Datenwiederherstellungsblock 4, Taktwiederherstellungsblock 6 und Korrelatorschaltung 8 - in einen einzigen größeren Funktionsblock erhöht die Leistung der einzelnen Unterblöcke.
Die in Fig. 2 dargestellte Daten- und Taktwiederherstellungsschaltung 3 ist ausgeführt, um die besonderen Anforderungen des MT1020 Bluetooth-Basisband-Bausteins zu erfüllen. Eine Anzahl von Parametern können modifiziert werden, um an verschiedene Applikationen angepaßt zu werden. Beispielsweise sind die in der oben beschriebenen Schaltung übertragenen Datensignale Zwei-Pegel-Signale, d. h. die Datensignale haben entweder einen hohen oder einen niedrigen Pegel. Dementsprechend ist die Daten- und Taktwiederherstellungsschaltung 3 ausgelegt, um solche Zwei-Pegel-Signale zu empfangen. Für ein Multi-Pegel- Signal, d. h. für ein Datensignal, das mehr als zwei unterschiedliche Pegel hat, würde eine Verschiebung eines Mittelteils im zweiten Berechnungsblock 34 mit einer Gewichtung multipliziert werden, um das Maß für jede Bitperiode zu erhalten. Für jede Bitperiode werden fünf Abtastwerte abgetastet. Diese Anzahl könnte erhöht werden, um die Datenwiederherstellung zu verbessern, was aber zu einer Erhöhung der benötigten Bauteilfläche und zu einem zweiten Taktsignal mit einer höheren Taktfrequenz führt, wodurch ein höherer Energiebedarf auftritt.
Die Daten- und Taktwiederherstellungsschaltung 3 benutzt zwölf Bitabtastschaltungen 16a bis 16l. Eine Erhöhung der Anzahl von Bitabtastschaltungen würde die Auflösung und die Zuverlässigkeit des Datenwiederherstellungsvorgangs und die Genauigkeit des Word-Maßes verbessern. Dies führt aber auch zu einer Erhöhung der Zeitdauer, die benötigt wird, um das Taktsignal im Taktwiederherstellungsblock 6 einzustellen, ohne die Korrelatorschaltung 8 zu beeinflussen. Wenn die Ausgangssignale der Bitabtastschaltungen als abgetastete Datensignale gespeichert werden, die mit einem Abtastwert pro Bitperiode abgetastet sind, dann verursacht ein um mehr als eine halbe Periodendauer der Bitperiode veränderte Einstellung des Taktsignals einen möglichen Bitverlust in der Korrelatorschaltung 8, was zu einem Versagen beim Bestimmen einer guten Anpassung führen kann.
Wie bereits ausgeführt, arbeitet die Korrelatorschaltung 8, wegen den Anforderungen zum Erkennen von Bluetooth-Datenpaketen, mit 64-Bit langen Datensignalen. Andere Protokolle können einen kleinere Korrelatorschaltung benötigen. Die oben beschriebene Implementierung ist darauf ausgerichtet, Datensignale von einem Bluetooth-System zu empfangen. Es ist aber auch möglich, das beschriebene System an andere drahtlose LAN-Protokolle anzupassen wie beispielsweise an ein IEEE802.11-Protokoll oder ein HomeRF-Protokoll. Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist am besten an einen Empfang von demodulierten Datenpaketen mit einer Wiederholrate zwischen 20 kHz und 100 MHz angepaßt. Im Prinzip kann die erfindungsgemäße Schaltung zum Wiederherstellen von Daten eines seriellen Datenstroms von einem beliebigen Datentyp benutzt werden. Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist optimiert, um Datenpakete zu extrahieren, deren Daten mit einem bekannten Feld starten. Die Komplexität ist ebenfalls beabsichtigt, um den Datenwiederherstellungsvorgang zu verbessern, wenn Rauschen oder Signalzittern vorhanden sind.

Claims

1. Datenverarbeitungsschaltung,
gekennzeichnet durch

a) Datenwiederherstellungsmittel zum

a) Empfangen eines ersten Datenstroms (2) mit einer ersten Bitrate und einer Mehrzahl von Signalpegeln, wobei der erste Datenstrom von einem zweiten Datenstrom (1) abgeleitet ist, der mit der ersten Bitrate an die Datenverarbeitungsschaltung (3) übertragenen wird,

b) Erzeugen eines Schätzwertes der übertragenen Signalpegel für jede Bitperiode der ersten Bitrate aus dem ersten Datenstrom (2) und,

c) Erzeugen eines Qualitätsfaktors, der eine Genauigkeit jedes einzelnen Schätzwertes der Signalpegel repräsentiert, unter Benutzung der Schätzwerte für die Signalpegel.

b) Taktwiederherstellungsmittel (6), die ausgeführt sind, den Qualitätsfaktor von den Datenwiederherstellungsmitteln (4) zu empfangen und daraus einen Zeitpunkt zu bestimmen, an dem der erste Datenstrom (2) abgetastet werden soll und zum Abtasten der geschätzten Signalpegel in Abhängigkeit von dem bestimmten Zeitpunkt, wobei ein dritter Datenstrom erzeugt wird, der eine wiederhergestellte Ausgabe des zweiten Datenstroms (1) ist.

2. Datenverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenwiederherstellungsmittel (4) ausgelegt sind, den ersten Datenstrom (2) mit einer zweiten Bitrate abzutasten, die größer als die erste Bitrate ist, wobei die in einer Bitperiode der ersten Bitrate abgetasteten Datenabtastwerte addiert werden und ein Ergebnis der Addition quantisiert wird, so dass es einen von einer Mehrzahl von Schwellwerten einnimmt, wobei ein Quantisierungsergebnis den geschätzten Signalpegel für jede Bitperiode der ersten Bitrate repräsentiert.

3. Datenverarbeitungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenwiederherstellungsmittel (4) so ausgelegt sind, dass die zweite Bitrate ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Bitrate ist.

4. Datenverarbeitungsschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenwiederherstellungsmittel (4) so ausgelegt sind, dass die Abtastdatenwerte von jeder Bitperiode der ersten Bitrate vor der Addition gewichtet werden, wobei die Datenabtastwerte, die substantiell gegen eine Bitperiodenmitte von jeder Bitperiode abgetastet werden, mit einem größeren Wert gewichtet werden als die Abtastwerte, die substantiell gegen Bitperiodenende oder gegen Bitperiodenanfang jeder Bitperiode abgetastet werden.

5. Datenverarbeitungsschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Datenwiederherstellungsmittel (4) ausgelegt sind, um den Qualitätsfaktor mit Mitteln zum Gewichten und Addieren (32, 34) von Datenabtastwerten zu bestimmen, die in jeder Bitperiode abgetastet werden, wobei die Mittel zum Gewichten (32, 34) so ausgeführt sind, dass die Datenabtastwerte, die substantiell in der Mitte jeder Bitperiode abgetastet werden, mit einem größeren Wert gewichtet werden als die Abtastwerte, die substantiell gegen Bitperiodenende oder gegen Bitperiodenanfang jeder Bitperiode abgetastet werden.

6. Datenverarbeitungsschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Erkennen (8) eines Startpunktes des ersten Datenstroms.

7. Datenverarbeitungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erkennen eines Startpunktes eine Korrelatorschaltung (8) umfassen, die einen synchronisierten Datenstrom, der wenigsten den Startpunkt des zweiten Datenstroms (1) repräsentiert, mit dem dritten Datenstrom vergleicht, um zu erkennen, wann die Schätzung des zweiten Datenstroms (1) substantiell mit dem synchronisierten Datenstrom übereinstimmt.

8. Datenverarbeitungsschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenwiederherstellungsmittel (4) so ausgelegt sind, dass der Qualitätsfaktor einen geschätzten optimalen Abtastzeitpunkt für jede Bitperiode anzeigt, wobei die Taktwiederherstellungsmittel (6) ausgelegt sind, um den geschätzten optimalen Abtastzeitpunkt mit einem aktuellen Abtastzeitpunkt zu vergleichen und um den aktuellen Abtastzeitpunkt vorzuverlegen oder zu verzögern, so dass sich der aktuelle Abtastzeitpunkt dem optimalen Abtastzeitpunkt annähert.

9. Verfahren zum Wiederherstellen von einem übertragenen Datenstrom, gekennzeichnet durch nachfolgende Schritte:

- einen Empfang eines ersten Datenstroms (2) mit einer ersten Bitrate und mit einer Mehrzahl von Signalpegeln, der aus einem zweiten Datenstrom (1) abgeleitet wird, der von einer Datenquelle mit der ersten Bitrate übertragen wird;

- eine Erzeugung eines Schätzwertes des übertragenen Datenstroms (1) für jede Bitperiode;

- eine Erzeugung eines Qualitätsfaktors aus jedem der geschätzten übertragenen Signalpegel, der eine Genauigkeit jedes geschätzten Signalpegels anzeigt; und

- eine Berechnung eines Zeitpunktes aus dem Qualitätsfaktor, an dem der erste Datenstrom (2) abgetastet werden soll und eine anschließende Abtastung der geschätzten Signalpegel in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt, der so bestimmt ist, dass ein dritter Datenstrom erzeugt wird, der substantiell der gleiche ist wie der zweite Datenstrom (1).

10. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Erzeugung der Schätzwerte der übertragenen Datenpegel die folgenden Schritte umfaßt:

- eine Abtastung des ersten Datenstroms (2) mit einer zweiten Bitrate, die größer ist als die erste Bitrate,

- eine Addition der innerhalb einer Bitperiode der ersten Bitrate abgetasteten Datenabtastwerte, und

- eine Quantisierung des Additionsergebnisses, so dass es einen von einer Mehrzahl von Schwellwerten einnimmt, wobei das Quantisierungsergebnis den geschätzten Signalpegel für jede Bitperiode der ersten Bitrate repräsentiert.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bitrate ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Bitrate ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenabtastwerte innerhalb jeder der Bitperioden der ersten Bitrate vor der Addition gewichtet werden, wobei die Datenabtastwerte, die substantiell ungefähr in einer Mitte jeder Bitperiode abgetastet werden, mit einem größeren Wert gewichtet werden als die Abtastwerte die substantiell gegen Bitperiodenende oder gegen Bitperiodenanfang jeder Bitperiode abgetastet werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Qualitätsfaktor von Mitteln zum Gewichten und Addieren (32, 34) von Datenabtastwerten bestimmt wird, die in jeder Bitperiode der ersten Bitrate abgetastet werden, wobei die Gewichtung so durchgeführt wird, dass die Datenabtastwerte, die substantiell in der Mitte jeder Bitperiode abgetastet werden, mit einem größeren Wert gewichtet werden als die Datenabtastwerte die substantiell gegen Bitperiodenende oder gegen Bitperiodenanfang jeder Bitperiode abgetastet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Schritt, in dem ein Startpunkt eines verfälschten Datenstroms (2) erkannt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zur Erkennung des Startpunktes des verfälschten Datenstroms einen Vergleichsvorgang umfaßt, der einen synchronisierten Datenstrom, der wenigstens den Startpunkt eines nicht verfälschten Datenstroms (1) umfaßt, mit einer Schätzung des nicht verfälschten Datenstroms (1) vergleicht, wobei identifiziert wird, wann der nicht verfälschte Datenstrom (1) substantiell mit dem synchronisierten Datenstrom übereinstimmt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Qualitätsfaktor eine Schätzung eines optimalen Abtastzeitpunktes für jede Periode der ersten Bitrate anzeigt, wobei der Schritt zur Berechnung des Abtastzeitpunktes, an dem der erste Datenstrom (2) abgetastet werden sollte, einen Vergleichsvorgang umfaßt, bei dem der geschätzte optimale Abtastzeitpunkt mit einem aktuellen Abtastzeitpunkt verglichen wird und der aktuelle Abtastzeitpunkt so verändert wird, dass er sich dem geschätzten optimalen Abtastzeitpunkt annähert.