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Die Erfindung betrifft einen Empfänger zum Empfangen eines analogen Eingangssignals gemäß dem Obergebriff des Anspruchs 1, und ein Verfahren zum Empfangen eines analogen Eingangssignals gemäß dem Obergebriff des Anspruchs 3 sowie ein Computerprogramm zum Durchführen dieses Verfahrens nach dem Obergriff des Anspruchs 11.
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Im Stand der Technik sind derartige Empfänger grundsätzlich bekannt, wobei diese Empfänger mit verschiedenen, z. T. auch höherwertigeren Modulationsverfahren arbeiten. Diese Modulationsverfahren werden üblicherweise durch ideale Empfangspunkte aus einem Symbolalphabet in einer komplexen Ebene dargestellt. Unterschiedliche Modulationsverfahren sind dabei durch eine unterschiedliche Anordnung der für sie repräsentativen Empfangspunkte in der komplexen Ebene darstellbar und identifizierbar. So wird bspw. das Quadraturamplitudenmodulationsverfahren durch vier symmetrisch in der komplexen Ebene dargestellte Punkte repräsentiert, wobei in jedem Quadranten ein Empfangspunkt angeordnet ist und diese Empfangspunkte spiegelbildlich und symmetrisch zueinander angeordnet sind. Bei den ein Modulationsverfahren repräsentierenden Empfangspunkten handelt es sich um ”ideale Empfangspunkte”, welche gleichzeitig ein nach dem jeweiligen Verfahren moduliertes Eingangssignal repräsentieren, wenn dieses störungsfrei empfangen wurde.
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Reale Eingangssignale, welche üblicherweise nicht störungs- bzw. fehlerfrei empfangen werden, lassen sich ebenfalls in der komplexen Ebene darstellen, und zwar durch sogenannte reale Empfangspunkte. Die Distanz zwischen einem realen bzw. tatsächlichen, das jeweilige Eingangssignal repräsentierenden Empfangspunkt und einem zugehörigen idealen Empfangspunkt in der komplexen Ebene ist ein Maß für die Güte des Empfangs. Genauer gesagt gibt die Distanz an, welchen Abstand z. B. die Amplitude eines realen Eingangssignals, repräsentiert durch einen realen Empfangspunkt, von einer Amplitude eines optimal störungsfrei empfangenen Eingangssignals, repräsentiert durch den zugehörigen idealen Empfangspunkt, hat. Je kleiner der Abstand zwischen realem und idealem Empfangspunkt in der komplexen Ebene, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein aktuell empfangenes Signal einem bestimmten idealen Empfangspunkt zugeordnet ist und deshalb richtig empfangen wurde. Bei stark gestörtem Empfang kann es vorkommen, dass der tatsächliche Empfangspunkt des empfangenen Signals weit entfernt von dem eben eigentlich zugeordneten idealen Empfangspunkt und stattdessen näher an einem weiteren, ihm eigentlich nicht zugeordneten idealen Empfangspunkt liegt. Dann würde das Eingangssignal einem falschen idealen Empfangspunkt zugeordnet und im Empfänger falsch dekodiert.
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Bekannte Empfänger berechnen die soeben beschriebene Distanz und nutzen sie für eine Rekonstruktion des ursprünglich gesendeten Signals aus dem empfangenen Signal; anders ausgedrückt nutzen sie diese Distanz zur Korrektur bzw. Bereinigung des tatsächlich empfangenen Signals.
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Bekannte Empfänger dieser Art sind üblicherweise wie folgt aufgebaut. Sie umfassen zunächst eine analoge Amplitudenregelung zur Anpassung eines analogen Eingangssignals an den Aussteuerbereich eines nachgeschalteten Analog-/Digital A/D-Wandlers. Anders ausgedrückt, mit dieser analogen Amplitudenregelung wird sichergestellt, dass das Eingangssignal für den A/D-Wandler weder zu groß noch zu klein ist, sodass insbesondere auch kleine Eingangssignalwerte noch sinnvoll digitalisiert werden. Aufgrund dieser Bereichsanpassung durch die analoge Amplitudenregelung müssen an die Dynamik des bisher verwendeten A/D-Wandlers keine besonderen Anforderungen gestellt werden. Der A/D-Wandler digitalisiert das Eingangssignal und führt es einer nachgeschalteten digitalen Amplitudenfeinregelung zu. Diese dient dazu, das Eingangssignal auf die Modulierungsstufen, welche durch die idealen Empfangspunkte in der komplexen Ebene repräsentiert werden, einzuregeln. Anders ausgedrückt: die Amplitude des Eingangssignals wird durch die Feinregelung so geregelt, dass das Einganssignal zum Abtastzeitpunkt ohne Störungen in einem vordefinierten Bereich um den idealen Empfangspunkt herum in der komplexen Ebene liegt. Das feingeregelte Eingangssignal wird dann nachfolgend einer Distanzberechnungseinrichtung zugeführt, welche die Distanz zwischen dem tatsächlichen und dem idealen Empfangspunkt in der komplexen Ebene ermittelt. Diese Distanz wiederum wird einer nachgeschalteten Korrektureinrichtung zugeführt, welche diese Distanz mit Hilfe des Viterbi-Algorithmus zum Zwecke einer Korrektur des Eingangssignals verwendet und das korrigierte Eingangssignal schließlich als digitales Ausgangssignal am Ausgang des Empfängers bereitstellt.
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Zur Berechnung bzw. zur Klassifizierung der Distanz sind die Bereiche bzw. Umgebungen um die idealen Empfangspunkte herum in der komplexen Ebene in Distanzklassen eingeteilt. Der Viterbi-Algorithmus bedarf dann zur Berechnung des digitalen Ausgangssignals des Empfängers lediglich einer Information über die Distanzklasse, in welcher ein tatsächlicher Empfangspunkt liegt.
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Aus der
DE 199 49 007 C1 ist ein Verfahren bekannt, um einen Phasenfehler in einem Empfänger zu korrigieren. Dazu wird das Sendesignal abhängig von dem Übertragungskanal vorverzerrt. Im Empfänger werden die Empfangsphasenwerte gemittelt. Es wird auch eine Erweiterung auf eine Amplitudenmodulation vorgeschlagen. Es wird jedoch nicht erwähnt, wie die Amplituden in eine Berechnung konkret eingehen. Aus der
EP 0 281 652 A1 ist ein Verfahren bekannt, wie die Phase eines Eingangssignal richtig ermittelt wird, damit ein Empfangssignalpunkt auf einen idealen Konstellation-Diagramm-Punkt passt. Dabei kommt zwar eine Amplitudenregelung zum Einsatz, es wird jedoch nicht beschrieben, wie die Amplitudenregelung erfolgt. Es ist vielmehr erwähnt, dass eine Amplitudenregelung ungenau sein kann. Aus der
DE 195 40 250 C1 ist ein Demodulationsverfahren für differenziell modulierte Signale bekannt. Eine Unterteilung in Fachgrenzen dient zur Phasenkorrektur. Es ist an keiner Stelle davon die Rede, dass eine Amplitudenregelung eingespart werden soll.
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Dem eingangs beschriebenen Aufbau eines bekannten Empfängers haftet jedoch der Nachteil an, dass er für die Realisierung des Verfahrens sowohl vor wie auch nach der A/D-Wandlung einer Amplitudenregelung bedarf.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es deshalb die Aufgabe der Erfindung, einen bekannten Empfänger und ein Verfahren zum Empfangen eines analogen Eingangssignals mit Distanzberechnung derart weiterzubilden, dass die Berechnung und Auswertung der Distanz zur Korrektur des Eingangssignals auch ohne aufwändige Amplitudenregelung möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch den in Patentanspruch 1 beanspruchten Gegenstand gelöst. Demnach wird ein Empfänger beansprucht, welcher umfasst: eine A/D-Wandlereinrichtung zum Digitalisieren eines analogen Eingangssignals; eine Verarbeitungseinrichtung zum Erzeugen mindestens eines verarbeiteten Eingangssignals aus dem digitalisierten Eingangssignal; eine Distanzberechnungseinrichtung zum Berechnen der Distanz zwischen einem tatsächlichen, das Eingangssignal repräsentierenden Empfangspunkt und einem idealen, ein von dem Empfänger verwendetes Modulationsverfahren repräsentierenden Empfangspunkt in einer komplexen Ebene aus dem mindestens einen verarbeiteten Eingangssignal, wobei die Distanz ein Maß für die Güte des Empfangs ist; und eine Korrektureinrichtung zum Erzeugen eines digitalen Ausgangssignals des Empfängers durch Korrigieren des digitalen Eingangssignals nach Maßgabe durch die berechnete Distanz und der gekennzeichnet ist dadurch, dass die Verarbeitungseinrichtung eine Einrichtung zur Bestimmung einer Referenzgröße in Form einer Referenzamplitude und/oder einer Referenzphase aus dem digitalisierten Eingangssignal aufweist und ausgebildet ist, das mindestens eine verarbeitete Eingangssignal so auszubilden, dass es neben Informationen über das digitalisierte Eingangssignal auch Informationen über die Referenzgröße repräsentiert, die dann von der Distanzberechnungseinrichtung bei der Berechnung der Distanz berücksichtigt werden.
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Aufgrund der beanspruchten Ausbildung der Verarbeitungseinrichtung wird vorteilhafterweise die gesamte, im Stand der Technik noch erforderliche Amplitudenregelung vor und nach der Analog-/Digitalwandlung entbehrlich. Wegen des Wegfalls der analogen Amplitudenregelung vor der Analog-/Digitalwandlung ist es nun erforderlich, dass die für den erfindungsgemäßen Empfänger verwendete Analog-/Digitalwandlungseinrichtung eine ausreichend große Dynamik besitzt, sodass sie alle möglichen Aussteuerungsbereiche des empfangenen analogen Eingangssignals und insbesondere auch kleine Eingangswerte noch in brauchbare digitale Werte umwandeln kann. Die ursprüngliche Amplitudenregelung wird bei dem erfindungsgemäßen Empfänger dadurch kompensiert, dass die Weiterverarbeitungseinrichtung das verarbeitete Eingangssignal, welches der Distanzberechnungseinrichtung zugeführt wird, so ausgebildet, dass es neben Informationen über das digitalisierte Eingangssignal auch Informationen über eine Referenzgröße beinhaltet. Diese Referenzgröße wird vorteilhafterweise durch Mittelwertbildung aus dem Eingangssignal gebildet.
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Gemäß einem ersten vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist die Verarbeitungseinrichtung des Empfängers eine Verhältnisbildungseinrichtung auf zum Bilden von Quotienten aus Werten des digitalisierten Eingangssignals jeweils bezogen auf die Referenzgröße, wobei das mindestens eine verarbeitete Eingangssignal diese Quotienten repräsentiert.
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Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Empfangen eines analogen Eingangssignals mit den Merkmalen des Anspruchs 3 sowie durch ein Computerprogramm für einen Empfänger zum Durchführen dieses Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Dabei entsprechen die Vorteile dieser Lösungen den oben im Hinblick auf den beanspruchten Empfänger genannten Vorteilen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei Burstübertragung und in Hopping-Systemen eingesetzt werden.
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Der Beschreibung sind zwei Figuren beigefügt, wobei
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1 den erfindungsgemäßen Aufbau eines Empfängers; und
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2 die Darstellung von idealen Empfangspunkten mit ihnen jeweils zugeordneten Distanzklassen in einer komplexen Ebene
zeigt.
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Die Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die genannten Figuren beschrieben.
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1 zeigt den erfindungsgemäßen Aufbau eines Empfängers zum Empfangen eines analogen Eingangssignals E. Dieses Empfangssignal wird einer A/D-Wandlereinrichtung 110 zugeführt und von dieser digitalisiert. Die A/D-Wandlereinrichtung 110 ist hinsichtlich ihrer Dynamik so ausgebildet, dass sie das gesamte Aussteuerungsspektrum der zu erwartenden Eingangssignale abdeckt und digitalisieren kann.
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Das digitalisierte Eingangssignal am Ausgang der Wandlereinrichtung 110 wird nachfolgend einer erfindungsgemäß ausgebildeten Verarbeitungseinrichtung 120 zugeführt. Diese umfasst eine Einrichtung 122 zur Bestimmung einer Referenzgröße R in Form einer Referenzamplitude und/oder einer Referenzphase aus dem digitalisierten Eingangssignal. Dabei kann die Referenzgröße auf verschiedene Arten bestimmt werden. Z. B. kann die Referenzgröße als gleitender Mittelwert aus n vorzugsweise aufeinanderfolgenden Abtastwerten des Eingangssignals ermittelt werden. In Übertragungssystemen mit Burstübertragung bietet es sich an, den Mittelwert über alle zur Verfügung stehenden Amplituden und/oder Phasenwerte pro Kurst zu ermitteln. Diese Methode ist besonders dann vorteilhaft, wenn die einzelnen Bursts auf verschiedenen Frequenzen übertragen werden. Da auf verschiedenen Frequenzen unterschiedliche Ausbreitungsbedingungen herrschen, kann das Signal mit unterschiedlichen Amplituden oder Phasenwerten beim Empfänger ankommen. Die getrennte Bestimmung der Amplituden- und/oder Phaseninformation für jeden einzelnen Kurst macht das Verfahren unabhängig von unterschiedlichen Empfangspegeln auf verschiedenen Frequenzen. Vorzugsweise entspricht die Referenzgröße nicht unmittelbar dem ermittelten Mittelwert, sondern einem Produkt aus dem berechneten Mittelwert und einem Faktor, der je nach Art des verwendeten Modulationsverfahrens geeignet zu wählen ist.
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Die auf diese Weise in der Einrichtung 122 gebildete Referenzgröße R wird nachfolgend einer Verhältnisbildungseinrichtung 124 innerhalb der Verarbeitungseinrichtung 120 zugeführt, welche jeweils Quotienten aus Werten des digitalisierten Eingangssignals, wie es von der A/D-Wandlereinrichtung 110 bereitgestellt wird, bezogen auf die Referenzgröße R bildet. Das Ausgangssignal der Verarbeitungseinrichtung 120 entspricht dem Ausgangssignal der Verhältnisbildungseinrichtung 124 und repräsentiert diese Quotienten. Die Verhältnisbildung kann auch in der Distanzberechnungseinrichtung 130 stattfinden. Dann würde der Einrichtung 130 das digitalisierte Eingangssignal und die Referenzgröße über ein oder zwei Signale zugeführt.
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Das mindestens eine Ausgangssignal der Verarbeitungseinrichtung 120, auch als verarbeitetes Eingangssignal V bezeichnet, wird nachfolgend einer Distanzberechnungseinrichtung 130 zugeführt. Diese berechnet aus dem mindestens einen verarbeiteten Eingangssignal V die Distanz zwischen einem tatsächlichen und einem idealen Empfangspunkt in einer komplexen Ebene.
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Eine derartige komplexe Ebene ist in 2 dargestellt. Es sind dort drei ideale Empfangspunkte in Form fettgedruckter schwarzer Punkte zu erkennen, die aufgrund ihrer speziellen Anordnung ein bestimmtes, jedoch hier nicht näher spezifiziertes Modulationsverfahren repräsentieren. Jedem dieser idealen Empfangspunkte sind Nachbarschaftsbereiche zugeordnet, welche jeweils in Distanzklassen eingeteilt sind. Die in 2 gezeigte Ausformung und Anordnung der Distanzklassen in Form von konzentrisch um den Mittelpunkt der komplexen Ebene angeordneten Streifen ist keineswegs zwingend. Die Distanzklassen können auch in anderer Form, z. B. in Form von konzentrischen Kreisen um die idealen Empfangspunkte herum, angeordnet sein. Erfindungsgemäß sind diese Distanzklassen, die für die Soft-Decision-Dekodierung des Eingangssignals erforderlich sind, nicht mit absoluten komplexen Größen des Eingangssignals, sondern stattdessen mit relativen Größen referenziert. Dabei bezeichnen diese relativen Größen die Amplitude und/oder die Phase des Eingangssignals bezogen auf eine zuvor festgelegte Referenzgröße.
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Die Referenzgröße wird vorzugsweise durch Mittelwertbildung von n, vorzugsweise aufeinanderfolgenden Amplituden- und/oder Phasenwerten des digitalisierten Eingangssignals gebildet. Wenn das Eingangssignal ein Burstsignal ist, dann entspricht der Wert n vorzugsweise der Anzahl von allen Amplitden- und/oder Phasenwerten eines Burst und wird vorzugsweise für jeden Burst individuell neu bestimmt.
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Die Distanzberechnungseinrichtung 130 ist nun in der Lage, die mit dem verarbeiteten Eingangssignal V empfangenen Quotienten aus komplexen Größen des Eingangssignals bezogen auf die Referenzgröße jeweils einer dieser Distanzklassen zuzuordnen; daraus resultiert z. B. der Punkt X in 2. Aufgrund der Referenzierung der Distanzklassen mit relativen Größen und der beanspruchten Umrechnung des digitalisierten Eingangssignals in eine relative Größe in Form des verarbeiteten Eingangssignals V kann die im Stand der Technik noch erforderliche Amplitudenregelung vollständig entfallen. Nach der Zuordnung eines bezogenen Wertes des Eingangssignals zu einer der Distanzklassen ist die Distanzberechnungseinrichtung 130 dann in der Lage, die Distanz zwischen dem tatsächlichen, das Eingangssignal repräsentierenden Empfangspunkt X und dem idealen, das von dem Empfänger verwendete Modulationsverfahren repräsentierenden Empfangspunkt, mittlerer fetter Punkt in 2, zu ermitteln. Diese Distanz entspricht einem der jeweiligen Distanzklasse fest zugeordneten Distanzwert.
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Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass das verarbeitete Eingangssignal V auf einen Referenzwert R von R = 15 bezogen werden soll, damit es dem richtigen idealen Empfangspunkt zugeordnet werden kann. Sobald dieser Referenzwert bekannt ist, werden alle Distanzklassen von der Distanzberechnungseinrichtung 130 neu referenziert, indem alle möglichen Eingangswerte des Eingangssignals auf diesen Referenzwert 15 bezogen werden. Dies ist in 2 dargestellt. Die Distanzberechnungseinrichtung 130 berechnet dann den entsprechenden Wert für die Distanz, indem sie die durch das verarbeitete Eingangssignal V repräsentierte ungeregelte Amplitude mit der Referenzgröße 15 vergleicht. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel ermittelt sie auf diese Weise einen Distanzwert von 1, weil sie festgestellt hat, dass ein komplexer Abtastwert, insbesondere eine Amplitude des digitalisierten Eingangssignals um 21/15 Mal größer als die komplexe Referenzgröße, insbesondere die Referenzamplitude ist; der komplexe Abtastwert des Eingangssignals ist in 2 durch ein X gekennzeichnet. An dieser Stelle sei angemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch dann die richtigen Distanzwerte ausgibt, wenn sich die Referenzgröße etwa durch Änderung der Empfangsverhältnisse ändern sollte. Die komplexe Referenzgröße kann sich dynamisch vergrößern oder verkleinern durch die oben beschriebene Mittelwertbildung.
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Die Distanzwerte werden in der Distanzberechnungseinrichtung 130 vorzugsweise mit Hilfe einer Tabellenzuordnung aus den berechneten Quotienten, wie sie durch das verarbeitete Eingangssignal repräsentiert werden, berechnet.
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Die so berechneten Distanzwerte werden dann an eine Korrektureinrichtung 140 weitergegeben, damit diese in der Lage ist, ein Ausgangssignal des Empfängers zu erzeugen, welches Störungen in dem digitalisierten Eingangssignal nach Maßgabe durch die berechnete Distanz mit Hilfe des Viterbi-Algorithmuses korrigiert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in Form eines Computerprogramms für einen Empfänger realisiert. Ein solches Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger, insbesondere einer Diskette, einer Compact-Disk oder einem sogenannten Flash-Memory, etc. gespeichert sein. Das auf dem Datenträger abgespeicherte Computerprogramm kann dann als Produkt an einen Kunden verkauft werden.
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Im Falle einer Realisierung als Computerprogramm kann dieses jedoch auch ohne die Zuhilfenahme eines elektronischen Datenträgers über ein elektronisches Kommunikationsnetzwerk, insbesondere das Internet, als Produkt an einen Kunden übertragen und auf diese Weise verkauft werden.
