DE19615057C1

DE19615057C1 - Anordnung zum Gewinnen eines Verzerrungskriteriums aus einem M-OAM-Signal

Info

Publication number: DE19615057C1
Application number: DE1996115057
Authority: DE
Inventors: Michael Biester
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-04-17
Filing date: 1996-04-17
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2016-04-18
Also published as: NO971739D0; FR2747872A1; NO971739L; ITMI970768A1; FR2747872B1; IT1290523B1

Description

Stand der Technik

Eine Anordnung zum Gewinnen eines Verzerrungskriteriums aus einem demodulierten quadaturamplitudenmodulierten Signal (M-QAM, M = 4. . .256) ist beispielsweise aus der DE 41 34 206 C1 bekannt. Gemäß dem Stand der Technik wird in Empfängern für M-QAM-Signale üblicherweise ein Verzerrungskriterium aus der Ablage der von einem Symbolentscheider geschätzten, am wahrscheinlichsten gesendeten Signalwert von den am Ausgang eines adaptiven Basisbandentzerrers anstehenden Abtastwerten des komplexen demodulierten M-QAM-Signals abgeleitet. Ein so gewonnenes Verzerrungskriterium ist also vom Zustand des adaptiven Basisbandentzerrers abhängig. Soll das Verzerrungskriterium beispielsweise zur Steuerung eines Diversity-Kombinators verwendet werden, so würde bei einem gemäß dem Stand der Technik detektierten Verzerrungskriterium eine Verkopplung zwischen dem Regelkreis für den adaptiven Basisbandentzerrer und dem Regelkreis für den Diversity-Kombinator entstehen. Verkoppelte Regelkreise sind aber bekanntermaßen sehr schwer beherrschbar, was zum Beispiel die Einstellung von Regelzeitkonstanten angeht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Gewinnen eines Verzerrungskriteriums anzugeben, das nicht auf einen adaptiven Bandpaßentzerrer angewiesen ist.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird entweder durch die Merkmale des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Anordnung Produkte aus Abtastwerten des komplexen demodulierten M-QAM-Signals und Abtastwerten des konjugiert komplexen demodulierten M-QAM-Signals bildet, welche gegenüber den zuerst genannten Abtastwerten um einen Symboltakt verschoben sind, und daß die Anordnung aus mehreren Abtastwert-Produkten einen Mittelwert bildet, welcher das Verzerrungskriterium liefert. Vorteilhafterweise kann gemäß den Unteransprüchen 2 und 3 der Betrag oder das Quadrat des Mittelwertes gebildet werden.

Eine alternative Lösung der gestellten Aufgabe geht aus dem Anspruch 4 hervor. Danach werden Fehlersignale hergeleitet durch Differenzbildung zwischen Abtastwerten des nicht entzerrten, komplexen demodulierten M-QAM-Signals und den zu diesen Abtastwerten geschätzten Symbolwerten. Aus den quadrierten Beträgen mehrerer Fehlersignale wird dann ein Mittelwert gebildet, welcher das Verzerrungskriterium liefert.

Vorzugsweise wird das gemäß dem Anspruch 1 oder dem Anspruch 4 gewonnene Verzerrungskriterium dazu verwendet, um einen Diversity-Kombinator zu steuern.

Das gemäß Anspruch 1 detektierte Verzerrungskriterium hat den Vorteil, daß es unabhängig von einem Frequenz-Offset des im Empfänger abgeleiteten Trägers ist. Außerdem ist es unabhängig von der Trägerphase. Beide Anordnungen der Ansprüche 1 und 4 lassen sich als digitale Schaltungen implementieren.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Übertragungssystems für M-QAM-Signale,

Fig. 2 ein Schaltbild eines ersten Verzerrungsdetektors und

Fig. 3 ein Schaltbild eines zweiten Verzerrungsdetektors.

Wie dem in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltbild eines Übertragungssystems für M-QAM-Signale zu entnehmen ist, erzeugt ein Sender SD ein Signal s₁(t) gemäß Gleichung (1):

a_ν bezeichnet das zum Zeitpunkt t = νT gesendete komplexe Datensymbol. T ist der Symboltakt und p(t) ist die Impulsantwort der sendeseitigen Filterung. Die Eigenschaften des Übertragungskanals werden durch die Übertragungsfunktion H_D(f) erfaßt. Am Empfängereingang wird eine zusätzliche Rauschkomponente n(t) dem Empfangssignal s₂(t) hinzugefügt. n(t) berücksichtigt das Eingangsrauschen (Rauschzahl) des Empfängers. Eine automatische Pegelregelung AGC1 mit dem Verstärkungsfaktor γ₁ regelt das Empfangssignal auf einen konstanten Signalpegel. Mit H_E(f) ist die Übertragungsfunktion des Empfängers einschließlich des Demodulators mit Trägerfrequenz- und Taktableitung beschrieben. Das demodulierte Signal s₄(t) hat die in Gleichung (2) angegebene Form:

k(t) ist die Impulsantwort zu der in Gleichung (3) angegebenen Übertragungsfunktion K(f):

Das Signal s₄(t) wird in der Abtastschaltung AT mit dem Symboltakt T abgetastet. Daraus erhält man die Abtastwerte s₅[n] gemäß Gleichung (4) zu den Abtastzeitpunkten t = n T + t_a:

t_a bezeichnet dabei eine von den Eigenschaften der Taktrückgewinnung abhängige Verschiebung des Abtastzeitpunktes. Nach der Abtastung liegt ein zeitdiskretes und wertdiskretes Signal vor, da in der Regel die Abtastung durch einen Analog-/Digitalwandler erfolgt.

Eine zweite Pegelregelung AGC2 mit dem Verstärkungsfaktor γ₂ skaliert die Abtastwerte s₅[n] in geeigneter Weise, woraus die Abtastwerte s₆[n] gemäß Gleichung (5) entstehen:

Der Hauptwert der Impulsantwort ist k(t_a) und es gilt n₂(nT+t_a) = γ₂n₁(nT+t_a). Die zweite Pegelregelung AGC2 bewirkt, daß die Gleichung (6) erfüllt ist:

γ₁·γ₂·Re{k(t_a)} = 1 (6)

Eine im Empfänger vorhandene Trägerphasenregelung bewirkt eine Phasendrehung, so daß der Imaginärteil des Hauptwertes der Impulsantwort gemäß Gleichung (7) verschwindet:

Im{k(t_a)} = 0 (7)

Wenn keine Verzerrungen vorliegen und t_a optimal gewählt wurde, gilt für die Abtastwerte der Kanalimpulsantwort:

Aus den Abtastwerten des Signals s₆[n] wird in einem später noch detailliert beschriebenen Schaltblock VD1 ein "robustes" Verzerrungskriterium VB1 oder VB2 abgeleitet, für das weder die Trägerphasenregelung eingerastet sein muß, noch ein adaptiver Entzerrer zuverlässige Symbolentscheidungen liefern muß. Das zeitdiskrete Signal s₆[n] wird in einem adaptiven Basisbandentzerrer EZ entzerrt. Dieser adaptive Basisbandentzerrer EZ ist für die Ableitung der Verzerrungskriterien in den Schaltblöcken VD1 und VD2 nicht erforderlich. Am Ausgang des adaptiven Basisbandentzerrers EZ liegt ein entzerrtes, zeitdiskretes Signal y[n] an. Ein Symbolentscheider SE entscheidet darüber, welches Symbol a_n-i aus dem gesamten M-QAM-Symbol-Alphabet dem in dem Symbolentscheider SE anliegenden Abtastwert y[n] am wahrscheinlichsten entspricht. Der Zeitindex i in dem entschiedenen Symbol a_n-i berücksichtigt die Verzögerung der Symbolentscheidungen, bedingt durch den adaptiven Basisbandentzerrer EZ.

In der Fig. 2 ist ein Verzerrungsdetektor VD1 dargestellt, der das "robuste" Verzerrungskriterium VB1 oder VB2 aus den Abtastwerten s₆[n] gewinnt. Solange der Träger im Empfänger nicht auf die Trägerfrequenz des Empfangssignals eingerastet ist, besteht noch ein Frequenzoffset Δf. Bei Berücksichtigung des Frequenzoffsets nimmt das in Gleichung (5) angegebene Signal s₆[n] die in Gleichung (8) angegebene Form an:

Aus diesem komplexen Signal s₆[n] wird auf folgende Weise ein Verzerrungskriterium hergeleitet. Es wird das Produkt aus einem n-ten komplexen Abtastwert s₆[n] und einem um ein Symbol verschobenen konjugiert komplexen Abtastwert s₆[n-1] gebildet.

Wie in der Fig. 2 dargestellt, besitzt jeder komplexe Abtastwert s₆[n] einen Real- und einen Imaginärteil. Der Realteil des um ein Symbol verzögerten komplexen Abtastwertes s₆[n-1] liegt am Ausgang eines Verzögerungsgliedes ZR und der Imaginärteil eines um ein Symbol verzögerten komplexen Abtastwertes s₆[n-1] liegt am Ausgang eines Verzögerungsgliedes ZE an.

Das Produkt (Re{s₆[n]} + jIm{s₆[n]})·(Re{s₆[n-1]} - jIm{s₆[n-1]}) wird mit den Multiplizierern MR1, MI1, MR2, MI2, M und den Addierern A1, A2, A3 realisiert. Durch Mittelwertbildung über mehrere Abtastwertprodukte erhält man den in Gleichung (9) dargestellten Erwartungswert:

Mit σ² wird der Erwartungswert (a_νa_ν*) bezeichnet. Die Abtastwerte des Rauschens sind wegen der zeitlichen Verschiebung um die Symboldauer T statistisch unabhängig, so daß der Erwartungswert <n₂(nT+t_a)n₂*([n-1]T+t_a)< verschwindet, dann erhält man Gleichung (10):

Aus dem am Ausgang des Mittelwertbilders MW anliegenden Erwartungswert <s₆[n]·s₆*[n-1]< lassen sich entweder durch Betragsbildung oder durch Quadrierung die in den Gleichungen (11) oder (12) angegebenen Verzerrungskriterien VB1 oder VB2 herleiten:

Während der Erwartungswert in Gleichung (10) noch vom Frequenzoffset Δf der Trägerphasenregelung abhängt, verschwindet diese Abhängigkeit durch Betragsbildung oder Quadrierung gemäß Gleichungen (11), (12).

Am Ausgang des Addierers A1 liegt der Realteil und am Ausgang des Addierers A2 der Imaginärteil des Produktes s₆[n]·s₆*[n-1] an. Ein Mittelwertbilder MWR bildet den Mittelwert des Realteils und ein Mittelwertbilder MWI den Mittelwert des Imaginärteils des gesamten Produktes. An beide Mitellwerte wird in einen Schaltblock QB entweder der Betrag oder das Quadrat gebildet, um so entweder das Verzerrungskriterium VB1 gemäß Gleichung (11) oder das Verzerrungskriterium VB2 gemäß Gleichung (12) zu erhalten.

Wenn die Abtastwerte s₆[n] keine Intersymbol-Interferenz (Verzerrungen) aufweisen, ergeben die Produkte k([n-νT+t_a]·k*([n-ν-1]T+t_a) keinen Beitrag zu <s₆[n]·s₆*[n-1]< und damit zu dem jeweiligen Verzerrungskriterium VB1 oder VB2. Sind die Abtastwerte s₆[n] hingegen verzerrt, so sind die Verzerrungskriterien VB1 oder VB2 größer als Null.

Der in Fig. 3 dargestellte Verzerrungsdetektor VD2 gewinnt aus dem in Gleichung (13) dargestellten Fehlersignal e_isi(n) ein entscheidungsgesteuertes Verzerrungskriterium VB3:

Der in Gleichung (13) auftretende Zeitindex i (i 0) berücksichtigt die Verzögerung der Symbolentscheidung durch den adaptiven Bandpaßentzerrer EZ. Das Fehlersignal e_isi(n) entsteht durch Differenzbildung der beiden komplexen Signale Re{s₆[n-i]} + jIm{s₆[n-i]} und Re{a_n-i}+jIm{a_n-i}. Diese Differenz wird in der in der Fig. 3 dargestellten Schaltung mittels der Addierer AR und AI durchgeführt, wobei Verzögerungseinrichtungen ZR1 und ZI1 den Real- und den Imaginärteil des komplexen Signals s₆[n] um die Zeit i bewirken. Die sich an die Addierer AR und AI anschließenden Multiplizierer MR und MI bilden die Quadrate des Realteils und des Imaginärteils der Signaldifferenz, und ein anschließender Addierer A bildet die Summe aus dem quadrierten Realteil und dem quadrierten Imaginärteil des Differenzsignals. Dieses Summensignal entspricht dem Betragsquadrat des Fehlersignals |e_isi(n)|². Ein Mittelwertbilder MW1 bildet aus dem Betragsquadrat des Fehlersignals einen Erwartungswert, wie er in der Gleichung (14) dargestellt ist:

Dieser Erwartungswert des Fehlersignals stellt das Verzerrungskriterium VB3 dar und ist der Gleichung (15) zu entnehmen.

Wegen der Pegelregelung (γ₁γ₂)Re{k(t_a)} = 1 und der Trägerphasenregelung (γ₁γ₂)Im{k(t_a)} = 0 gilt auch (γ₁γ₂)²|k(t_a)|² = 1. Einsetzen dieser Werte in die Gleichung (15) ergibt die Gleichung (16):

σ_n² ist die Varianz des Rauschens. Der Wert von <|e_isi[n] |²< wird bei starken Verzerrungen überwiegend durch den Term

dominiert. Der Rauschanteil σ_n² spielt dagegen eine nur untergeordnete Rolle.

Die nach den zuvor beschriebenen Methoden gewonnenen Verzerrungskriterien VB1, VB2 oder VB3 eignen sich insbesondere für die Steuerung eines Diversity-Kombinators, denn die Verzerrungskriterien VB1, VB2 und VB3 sind unabhängig von den Regelgrößen eines adaptiven Bandpaßentzerrers. Es kommt daher nicht zu einer Verkopplung des Regelkreises für den Diversity-Kombinator und des Regelkreises für den adaptiven Bandpaßentzerrer. Die vom Diversity-Kombinator nicht ausgeregelten Verzerrungsanteile können unabhängig davon von einem adaptiven Bandpaßentzerrer noch weiter minimiert werden.

Claims

1. Anordnung zum Gewinnen eines Verzerrungskriteriums aus einem demodulierten quadratur-amplitudenmodulierten Signal (M-QAM, M = 4. . .256), dadurch gekennzeichnet, daß sie Produkte aus Abtastwerten des komplexen demodulierten M-QAM-Signals und Abtastwerten des konjugiert-komplexen demodulierten M-QAM-Signals bildet, welche gegenüber den zuerst genannten Abtastwerten um einen Symboltakt verschoben sind, und daß sie aus mehreren Abtastwert-Produkten einen Mittelwert bildet, welche ein Verzerrungskriterium (VB1, VB2) liefert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie den Betrag des Mittelwertes bildet.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Quadrat des Mittelwertes bildet.

4. Anordnung zum Gewinnen eines Verzerrungskriteriums aus einem demodulierten quadratur-amplitudenmodulierten Signal (M-QAM, M = 4. . .256), dadurch gekennzeichnet, daß sie Fehlersignale herleitet durch Differenzbildung zwischen Abtastwerten des nicht entzerrten, komplexen demodulierten M-QAM-Signals und den zu diesen Abtastwerten geschätzten Symbolwerten, welche ein Symbolentscheider (SE) aus den Abtastwerten des komplexen demodulierten M-QAM-Signals ableitet und daß sie aus den quadrierten Beträgen mehrerer Fehlersignale einen Mittelwert bildet, welcher ein Verzerrungskriterium (VB3) liefert.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das von ihr gewonnene Verzerrungskriterium (VB1, VB2, VB3) dazu verwendet wird, um einen Diversity-Kombinator zu steuern.