DE3421084A1

DE3421084A1 - Symbolentscheidungsverfahren

Info

Publication number: DE3421084A1
Application number: DE19843421084
Authority: DE
Inventors: Mitsuru Hatano Kanagawa Kaga; Toshiaki Atsugi Kanagawa Tanigawa
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1983-06-06
Filing date: 1984-06-06
Publication date: 1984-12-13

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Symbolentscheidungsverfahren für eine Datenübertragung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Unterscheiden von Symbolen bei einer Datenübertragung, und betrifft darüber hinaus ein Symbolentscheidungsverfahren für eine Datenübertragung, bei welcher Daten, welche durch eine Quadratur-Amplitudenmodulation, eine Phasenmodulation u.ä. zweidimensional moduliert worden sind, mittels eines Demodulators empfangen werden.
Wenn, wie bekannt, digitale Signale, wie Faksimilesignale oder Daten über Fernsprechleitungen oder andere analoge Übertragungsleitungen übertragen werden, werden in der Praxis die Signale einer zweidimensionalen Modulation, wie einer Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) oder einer Phasenmodulation (PM) unterzogen, wozu ein Modem verwendet wird.
In dem QAM- oder einem ähnlichen zweidimensionalen Modulationssystem teilt eine Sende station Binärdaten oder einen Bitstrom in Gruppen auf, welche jeweils aus einer Anzahl Bits, wie Tribits oder Quadbits bestehen, und amplituden-oder phasenmoduliert einen Träger entsprechend den Bitgruppen. Jede dieser Bitgruppen ist durch eine Verteilung von Signalpunkten in einem zweidimensionalen orthogonalen Koordinantensystem dargestellt, welches eine in Phase liegende Achse und eine unter 900 hierzu angeordnete Achse aufweist.
In dem Ubertragungssystem sind Signale, die von der Sendestation ausgesendet worden sind, im allgemeinen empfindlich bezüglich einer Phasenverzögerung oder einer Amplitudenverzerrung. Eine Empfangsstation bildet daher ein empfangenes Signal in einem zweidimensionalen orthogonalen Koordinatensystem aus, berechnet Abstände des Signals von idealen Signalpunkten, welche das Signal annehmen würde, wenn es richtig empfangen worden wäre d.h. es berechnet charakteristische Signalpunkte, und bestimmt ein Symbol, das durch einen der charakteristischen Signalpunkte angezeigt ist, welcher dem Signalpunkt am nächsten liegt, um das Symbol des Signalpunktes zu sein.
Die Funktion von solchen unterscheidenden Symbolen ist einer Symbolentscheidungsschaltung eines empfangenden Demodulators zugeteilt, welcher oft durch einen digitalenProzessor ausgeführt ist. Jedoch sind einige Schwierigkeiten in einer Symbolentscheidungsschaltung ungelöst geblieben, welche in Form eines Digitalprozessors ausgeführt ist. Da ein empfangenes Signal für die Entscheidung in allen Quadranten in dem Koordinatensystem ausgebildet wird, ist der Algorithmus zum Vergleichen des empfangenen Signalpunktes und der charakteristischen Signalpunkte ziemlich kompliziert. Es ist eine beträchtliche Speicherfläche erforderlich,um Daten zu speichern, die den charakteristischen Signalpunkten zugeordnet sind.
Die Durchführung des Vergleichs und einer Entscheidung nimmt jedoch eine unverhältnismäßig lange Zeit in Anspruch.
Ein weiteres bekanntes Verfahren, das für eine Symbolentscheidung vorgeschlagen worden ist, identifiziert einen Wert in einem Signalvektorraum, welcher ein Signal hat, das über eine übertragungsleitung empfangen worden ist. Für ein derartiges Verfahren stehen im allgemeinen zwei verschiedene Ausführungen zur Verfügung. Bei einer Ausführungsform wird beispielsweise entsprechend einer CCITT-Empfehlung V.27ter (4800 Bits/s) die Phase eines empfangenen Signal um in einem orthogonalen Koordinantensystem gedreht (wobei die Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn positiv ist), und es wird eine Entscheidung mit Hilfe verhältnismäßig einfacher Rand(bedingung)- Unterscheidungsschaltungen, wie y = 0, y = x, x = 0 und y = -x, durchgeführt. Diese Gleichungen werden dazu verwendet, um Räume zu unterscheiden, zu welchen zwei nahegelegene, vorhergesagte Signalpunkte oder ideale Signalpunkte gehören, so daß ein ganz bestimmter Raum, welchen der empfangene Signalpunkt mit irgendeinem idealen Signalpunkt gemeinsam benutzt, gefunden werden kann.
Obwohl ein derartiges Verfahren vorteilhaftist, solange die Einfachheit von Rand (bedingung) -Unterscheidungsgleichungen betroffen ist, erfordert es doch eine komplizierte Einrichtung, um die Phase eines empfangenen Signal so, wie beschrieben, zu drehen.
Bei der anderen vorgeschlagenen Ausführung werden verhältnismäßig komplizierte Rand(bedingung)-Unterscheidungsgleichungen verwendet, während die Phase eines empfangenen Signals nicht gedreht wird. Obwohl zugegeben werden muß, daß eine derartige Ausführung mit einer verhältnismäßig einfachen Vorrichtung in der Praxis durchführbar ist, kann die Verwendung von komplizierten Gleichungen zum Unterscheiden v6n Randbedingungen nicht vermieden werden.
Gemäß der Erfindung soll daher ein Symbolunterscheidungsverfahren für eine Datenübertragung geschaffen werden, welches ein Symbol innerhalb einer kurzen Verarbeitungszeit mit Hilfe eines verhältnismäßig einfachen Algorithmus identifizierenkann. Ferner soll gemäß der Erfindung ein QAM-Demodulator geschaffen werden, welcher im Aufbau einfach ist und mit einfachen Randbedingungs-Unterscheidungsgleichungen betreibbar ist. Gemäß der Erfindung ist dies bei einem Symbolentscheidungsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2 durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 oder 2 erreicht. Durch die Erfindung ist somit ein insgesamt verbessertes Symbolunterscheidungsverfahren für eine Datenübertragung geschaffen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Quadratur-Amplitudenmodulations-Demodulatvor zum Unterscheiden eines Signalpunktes, indem einSignal, das durch Quadratur-Amplitudenmodulation übertragen worden ist, mit Bezugssignalräumen verglichen wird, dahingehend verbessert, daß die Bezugssignalräume durch Drehen einer Phase von idealen Signalpunkten eines quadratur-amplitudenmodulierten Signals um einen vorbestimmten Winkel in Signalräumen festgelegt sind, und der vorbestimmte Winkel so gewählt ist, daß Gleichungen zum Bestimmen eines Randes oder Grenzwerts zwischen nahegelegenen Signalen in Signalräumen in einfacher Form ausgedrückt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockdiagramm, in welchem als Beispiel eine Grundausführung eines Signalprozessors dargestellt ist, welcher verschiedene Funktionin eines Modems ausführt, bei welchem eine Ausführungsform einer Symbolentscheidungsschaltung gemäß der Erfindung angewendet ist; Fig. 2 ein Blockdiagramm, das schematisch eine Empfangsfunktion eines Modems darstellt, welches durch den digitalen Prozessor von Fig. 1 ausgeführt wird; Fig. 3A bis 3C, 4A bis 4c, 5A bis 5C und 6A bis 6C Signaldiagramme, welche einen Grundgedanken der Erfindung darstellen; Fig. 7 bis 10 Flußdiagramme, welche als Beispiel eine Operation für eine Symbolentscheidung veranschaulichen, welche mittels der in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung durchgeführt wird; Fig. 11 und 12 Signalraumdiagramme, die zum Beschreiben einer Unterscheidung von Rand- oder Grenzwerten von Symbolen in einem 8-QAM-Signalraum verwendbar sind; Fig. 13 und 14 Blockdiagramme verschiedener Beispiele herkömmlicher Demodulatoren; Fig. 15 und 16 Signalraumdiagramme, die zum Beschreiben einer Unterscheidung von Randbedingungen oder Grenzwerten von Symbolen in einen 8QAM-Signalraum verwendbar sind; Fig. 17 ein Vektordiagramm, das Signalraumvektoren wiedergibt; Fig. 18 ein Blockdiagramm eines QAM-Demodulators gemäß der Erfindung, und Fig. 19 ein Signalraumdiagramm, welches einen 4QAM-Signalraum wiedergibt.
Es sollte nicht vergessen werden, daß das Wort "Daten", welches in der vorliegenden Beschreibung wiederholt erwähnt ist, nicht nur die Daten im engeren Sinn einschließt, welche die Information sind, die in kodierten Signalen enthalten ist, sondern auch die Daten im weiteren Sinn sind, welche beispielsweise durch Umwandeln von Bildern oder von anderen Mustern in Signalen aufbereitet werden.
Die Erfindung wird nunmehr anhand einer Ausführungsform beschrieben. In Fig. 1 ist die Grundausführung eines Beispiels eines Signalprozessors zum Durchführen verschiedener Funktionen eines Modems dargestellt. Der Signalprozessor weist im allgemeinen einen Hauptprozessor 10 und einen Nebenprozessor 20 auf, welche durch eine Datensammelleitung 12 und eine Steuerleitung 14 miteinander verbunden sind.
Der Hauptprozessor 10 weist einen digitalen Prozessor auf und dient als eine Systemsteuereinheit zum Steuern des Betriebs des gesamten Systems. Der Nebenprozessor 20, welcher ebenfalls einen digitalen Prozessor aufweist, ist ein Signalprozessor, der dazu verwendet wird, um hauptsäch- lich die Formgebungs-Filterfunktion, eine Zeilenentzerrfunktion u.ä. eines Modems auszuführen. Erforderlichenfalls kann eine Anzahl im Aufbau identischer Nebenprozessoren 20 parallelgeschaltet werden, um die Belastungen oder Aufgaben aufzuteilen.
Wie dargestellt, weist ein Nebenprozessor 20 einen Steuerabschnitt 2, einen Befehlsdekodierer 24, ein Ein-/Ausgaberegister 26, einen Datenrandomspeicher (RAM) 28, einen Datenfestwertspeicher (ROM) 30, eine Multipliziereinheit 32, eine logische Recheneinheit (ALU) 34 und einen Programm-Festwertspeicher (ROM) 36 auf. Der Programmfestwertspeicher 36 speichert Befehle, damit von dem System verschiedene Funktionen, wie Filter- und Entzerrfunktionen, als eine Programmfolge ausgeführt werden. Derartige Befehle werden mittels des Befehlsdekodierers 24 dekodiert. Der mit der Steuerleitung 14 verbundene Steuerabschnitt 22 empfängt einen Befehl von dem Hauptprozessor 10, dekodiert den Befehl und befiehlt seinerseits Operationen, welche verschiedenen Teilen des Nebenprozessors 20 zugeteilt sind. Der Datenrandomspeicher 28 und der Datenfestwertspeicher 30 schaffen Speicherbereiche zum Speichern verschiedener Daten, welche zum Durchführen der Filter-Entzerr- und anderer Funktionen erforderlich sind. Beispielsweise speichern sie Abgriffkonstante (tap constants) des ForBgebungsfilters.
Die Multipliziereinheit 32 und die logischen Recheneinheit (ALU) 34 führen eine Berechnung mit Hilfe der Daten in dem Daten-Randomspeicher (28) oder mit Hilfe der Daten in dem Daten-Festwertspeicher 30 entsprechend einem in dem Programm-Randomspeicher 36 gespeicherten Befehl oder entsprechend einem Befehl von dem Hauptprozessor 10 durch, um dadurch die Filterfunktion und andere Funktionen, welche für ein Modem notwendig sind, durchzuführen. Das Ein-/Ausgaberegister 36 ist mit der Datensammelleitung 12 verbunden, welche auch mit einer Terminalkopplungseinheit 16zoerbunden sind. Mit dem System ist über die Terminal-Kopplungseinheit 16 ein Faksimilegerät oder ein ähnliches Endgerät verbunden.
Das Ein-/Ausgaberegister 26 ist durch eine Leitung 38 mit einem Digital-Analog- (DA)Umsetzer 40 und mit einem Analog-Ditital-(AD)Umsetzer 42 verbunden. Der DA-Umsetzer 40 ist über ein Tiefpaßfilter 44 mit einer Sendeleitung 46 einer analogen Übertragungsleitung, z.B. einer Fernsprechleitung verbunden. Der AD-Umsetzer 42 ist über ein Bandpaßfilter 48 mit einer Empfangsleitung 50 der analogen Ubertragungsleitung verbunden. Der Nebenprozessor 20 führt verschiedene Funktionen eines Modems durch digitale Verarbeitungen entsprechend einem Abfragetakt durch, welcher von einem Taktgenerator 58 über eine Leitung 60 geliefert wird. Daten, die von dem Nebenprozessor 20 moduliert worden sind, werden von dem Ein-/Ausgaberegister 26 über den DA-Umsetzer 40 und das Tiefpaßfilter 44 an die Übertragungsleitung 46 abgegeben.
Das Signal, welches über die Empfangsleitung 50 ankommt, wird über das Tiefpaßfilter 48, den AD-Umsetzer 42 und das Ein-/Ausgaberegister 26 zu dem Nebenprozessor 20 geleitet, um dadurch demoduliert zu werden.
In Fig. 2 sind Funktionen, die einem empfangsseitigen Modem zugeteilt sind, und welche von dem digitalen Prozessor der Fig. 1 ausgeführt werden können, schematisch in einem Blockdiagramm dargestellt. In Fig. 2 sind dieselben Blöcke wie diejenigen, welche in Fig. 1 dargestellt sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Ein empfangenes Signal 100, das mittels des AD-Umsetzers 42 in ein digitales Signal umgesetzt worden ist, wird mittels einer Abfrageschaltung 102 entsprechend einem Abfragetakt, der von dem Taktgenerator 58 ausgegeben worden ist, abgefragt. Der Ausgang der Abfrageschaltung 102 wird durch eine automatische Verstärkungsreglerschaltung (AGC) 104 gesteuert. Der Ausgang der Schaltung 104 ist aus einer in Phase liegenden Komponente I und aus einer in der Phase um 90" gedrehten Komponente Q gebildet. Die in Phase liegende Komponente I wird über einen Demodulator (DEMOD) 106 I ein Tiefpaßfilter (LPF) 108I, eine Abfrageschaltung 1101, einen automatischen Zeilenentzerrer 112 und eine Phasensteuerschaltung 114 einer Quanitisiereinheit 116 zugeführt.
In ähnlicher Weise wird die in der Phase um 900 gedrehte Komponente Q über einen Demodulator (DEMOD) 106Q, ein Tiefpaßfilter (LPF) 108Q, eine Abfrageschaltung 110Q, den Entzerrer 112 und die Phasensteuereinheit 114 der Quantisiereinheit 116 zugeführt. Eine Zeittakt-Rückgewinnungsschaltung 118 gewinnt einen Zeittakt von jedem Abgriff des Entzerrers 112 zurück, um den Taktgenerator 58 zu steuern. Eine Trägerregenerierungsschaltung 120 regeneriert einen Träger aus einem Ausgang der Quantisiereinheit 116, um die Phasensteuerschaltung 114 zu steuern. Die Funktion, das empfangene Signal zu dekodieren und willkürlich zu verteilen, ist dem Hauptprozessor 10 zugeteilt.
Solche verschiedene Modemfunktionen einschließlich einer Unterscheidung von Symbolen von empfangenen Signalen werden dadurch erhalten, daß Daten, die in dem Datenrandomspeicher 28 gespeichert sind, und Daten, die in dem Datenfestwertspeicher 30 gespeichert sind, entsprechend der in dem Hauptprozessor 10 gespeicherten Befehlsfolge und der in dem Programm-Festwertspeicher 36 gespeicherten Programmfolge berechnet werden.
Nunmehr werden entsprechend einer 16 Quadraturamplitudenmodulation (QAM) (9600 Bits s) entsprechend der CCITT-Empfehlung V.29, wie in Fig. 3A dargestellt, ideale Signalpunkte oder charakteristische Signalpunkte 200 als sechzehn Signalpunkte in einer X-Y-Ebene ausgebildet, welche ein zweidimensionales Korrdinantensystem ist. Wie in Fig.3A dargestellt, sind die charakteristischen Signalpunkte 200 symmetrisch bezüglich der X- und der Y-Achse und auch bezüglich einer mit dem Bezugszeichen 202 bezeichneten Linie Y = X (Fig. 3B) verteilt. Folglich verringern sich durch ein Umklappen der Koordinaten entlang der X- und der Y-Achse die charakteristischen Signalpunkte 200 auf sechs Signalpunkte, welche alle in dem ersten Quadranten liegen, wie in Fig. 3B dargestellt ist. Ferner verringern sich bei einem Umklappen entlang der Linie Y = X die sechs charakteristischen Signalpunkte 200 auf vier Signalpunkte, welch in einem begrenzten Bereich des ersten Quadranten liegen, in welchem Y < X ist, wie in Fig. 3c dargestellt ist.
Bei Ausnutzung einer solchen Symmetrie von charakteristischen Signalpunkten eines empfangenen Signals in einem Koordinatensystem führt die Quantisiereinheit 116 des Demodulators in der dargestellten Ausführungsform eine Operation durch, wie in Fig. 7 dargestellt ist, um Symbole zu identifizieren. Ein Signal, das über die Leitung 50 empfangen worden ist, wird beispielsweise durch Koordinaten (x, y) in einem X, Y-Koordinatensystem dargestellt (Schritt 300) > Bei einem Umklappen des Koordinatensystems bezüglich der X- und Y-Achsen, ändern sich die Koordinaten (x, y) in (x1, y1). Dieswird bewirkt durch ein Erzeugen des Absolutwerts der Koordinanten (x, y) (Schritt 302). Als nächstes werden die Koordinaten (x1, Y1) in dem ersten Quadranten bezüglich der Linie Y - X umgeklappt, um sie in den speziellen Bereich zu verschieben, wo Y < X ist. Dies wird bewirkt durch eine Operation (Max, Min), durch welche von den Koordinanten (x1 Y1) eine, nämlich x2,größer und die andere y2 kleiner gemacht wird. (Schritt 304). Anders ausgedrückt, die Absolutwerte von x1 und y1 werden verglichen, und wenn y1 größer ist als x1, werden die X- und die Y-Koordinaten gegeneinander ausgetauscht, um (x2, y2) zu erzeugen.
Dann werden die Koordinaten (x2, y2) des empfangenen Signals mit den vier in Fig. 3C dargestellten, charakteristischen Punkten 200 verglichen (Schritt 306), um einen charakteristischen Signalpunkt (X', Y') auszuwählen, welcher. dem empfangenen Signal am nächsten ist (Schritt 308). Danach wird mit Hilfe von Information, die in dem ursprünglichen empfangenen Signal (x, y enthalten ist, ein dem vorstehend beschriebenen Verfahren entgegengesetztes Verfahren durchgeführt, um den ausgewählten, charakteristischen Punkt (XY') in allen Quadranten auszubilden, um dadurch ein endgültiges, unterschiedenes Symbol (X, Y) zu schaffen (Schritt 310).
Auf die vorbeschriebene Weise werden empfangene Signale, die in einem der Quadranten liegen, in dem begrenzten Bereich des ersten Quadranten unterschieden, in welchem Y < X ist. Daten, die solche charakteristische Signalpunkte 200 anzeigen, können in dem Datenfestwertspeicher 28 oder 30 gespeichert werden. Bei einer 8 Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) (7200 Bits /s) gemäß der CCITT-Empfehlung V.29 kommt auch die unterscheidende Operation, die vorstehend bezüglich einer 16 Quadraturamplitudenmodulation (QAM) beschrieben worden ist, vor, außer daß bei der 8 Qudraturamplitudenmodulation (QAM), wie in Fig. 4A bis 4C dargestellt ist, die Anzahl der ursprünglichen charakteristischen Signalpunkte acht ist, und auf zwei reduziert wird. In Fig. 8 ist in einem Flußdiagramm das der 8 Quadratur-Amplitudenmodulation zugeordnete Verfahren dargestellt. Obwohl die dargestellte Ausführungsform nur in Verbindung mit einer Amplitudenmodulation beschrieben worden ist, ist sie, wie nachstehend noch beschrieben wird, auch wirksam bei einer Phasenmodulation anwendbar.
Beispielsweise werden bezüglich einer Phasenumtastung (PSK) von 8 (4800 Bits/s) entsprechend der Empfehlung V 27ter acht charakteristische Signalpunkte 200 verwendet, wie in Fig. 5A dargestellt ist. Die Signalpunkte 200 werden dann um den Ursprung O um 22,5° d.h. n/8 in der positiven Richtung oder in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht (Fig. 5B). Danach werden unter Ausnutzung der Symmetrie bezüglich der X- und der Y-Achsen die Signalpunkte 200 umgeklappt, um sie dadurch auf den ersten Quadranten zu beschränken, woraus sich dann zwei Punkte ergeben, wie in Fig. 5C dargestellt ist.
In dem oben beschriebenen Fall wird, wie in dem Flußdiagramm der Fig. 9 dargestellt, ein empfangenes Signal (x, y) um 22,50 gedreht (Schritt 314) und wird dann bezüglich der X- und der Y-Achsen umgeklappt, um Koordinaten (x2, y2) festzulegen (Schritt 316). Die Koordinanten (x2, Y2) werden dann mit zwei charakteristischen Signalpunkten 200 der Fig. 5c verglichen, wie vorher beschrieben ist (Schritt 316), um so einen charakteristischen Signalpunkt (X', Y') auszuwählen, welcher dem empfangenen Signal am nächsten liegt (Schritt 308) Dann wird mit Hilfe der Information des ursprünglichen empfangenen Signals (x, y), der ausgewählte, charakteristische Punkt (X', Y') in allen Quadranten ausgebildet, um dadurch ein endgültiges, unterschiedenes Symbol (X, Y) zu schaffen (Schritt 310).
Auf diese Weise werden empfangene Signale, die in einem der vier Quadranten liegen, in dem speziellen Bereich des ersten Quadranten unterschieden, in welchem Y > X ist.
Entsprechend der Empfehlung V.27 ter werden bei einer Phasenumtastung (PSK) von vier (2400 Bits/s) andererseits vier charakteristische Signalpunkte 200 in einem einzigen Signalpunkt konzentriert, wie in Fig. 6A bis 6C dargestellt ist.
Das heißt, wie aus dem Flußdiagramm der Fig. 10 zu ersehen, wird ein empfangenes Signal um den Ursprung 0 um 450 oder tut/4 gedreht und dann umgeklappt, um ihn in dem ersten Quadranten zu konzentrieren (Schritt 320). Durch das Bestimmen der Vorzeichen der Koordinanten x1 und y1 des empfangenen Signals kann dann der Qudrant, welcher das empfangene Signal enthält, unterschieden werden, indem sie dann um den Ursprung 0 in umgekehrter Richtung - gedreht werden, können dann die Koordinaten (X, Y) eines charakteristischen Punktes bestimmt werden, welcher diesem am nächsten liegt (Schritt 322).
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf ein Modem, welches für eine Modulation und eine Demodulation verwendet werden kann, dargestellt und beschrieben worden ist, ist dies nur zur Erläuterung geschehen und die Erfindung ist selbstverständlich auch bei einer Einrichtung anwendbar, die nur mit einer demodulierenden Funktion versehen ist.
Entsprechend dieser speziellen Ausführungsform wird, wie oben beschrieben, eine einfache Operation für eine Symbolentscheidung erhalten, indem ein empfangenes Signal in einem Koordinatensystem umgeklappt und/oder gedreht wird, indem die Symmetrie von dem empfangenen Signalen ausgenutzt wird.
Hierdurch reduziert sich ein Vergleich eines empfangenen Signals mit einer Anzahl charakteristischer Signalpunkte auf den eines empfangenen Signals mit einer kleinen Anzahl einfacher Signalpunkte, so daß der geforderte Algorithmus für eine Entscheidung vereinfacht wird, und die erforderliche Datenmenge, die den notwendigen, charakteristischen Signalpunkten zugeordnet ist, verringert wird. Folglich benötigt das Verfahren keinen großen Speicherbereich für Entscheidungsprogramme oder Daten oder erfordert eine lange Verarbeitungszeit.
Bei einer Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) von 4 oder 8 wird inzwischen beispielsweise eines der folgenden beiden Verfahren angewendet, um einen Wert festzulegen, welchen ein Signal, das über eine Übertragungsleitung empfangen worden ist, in einem Signalvektor Raum hat.
Bei einem von diesen wird beispielsweise entsprechend der CCITT-Empfehlung V.27ter (4800 Bits/s) die Phase eines empfangenen Signals, wie es beispielsweise in Fig. 11 dargestellt ist, um -E/8 (wobei die Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn positiv ist) gedreht, wie in Fig. 12 dargestellt ist und es werden verhältnismäßig einfache Randbedingungs-Unterscheidungsgleichungen y = 0, y = x, x = 0 und y = -x verwendet, wie in derselben Figur dargestellt ist. Diese Gleichungen werden dazu verwendet, um die Räume zu unterscheiden, zu welchem zwei nahegelegene, vorausgesagte Signalpunkte oder Idealpunkte gehören. Aufgrund von solchen unterschiedenen Räumen kann dann ein ganz bestimmter Raum festgelegt werden, welcher ein empfangenes Signal mit einem der idealen Signalpunkte gemeinsam benutzt. Obwohl dies Verfahren vorteilhaft ist, solange die Einfachheit von Gleichungen betroffen ist, erfordert es eine komplizierte Anordnung zum Drehen der Phase von empfangenen Signalen, wie anhand von Fig. 13 beschrieben wird.
Wie in Fig. 13 dargestellt, wird ein Signal, das an einem Eingangsterminal 400 eingetroffen ist, durch einen Trägerregenerierungsabschnitt 402 in eine in Phase liegenden Komponente (I) und in eine um 900 gedrehte Komponente(Q) getrennt. Die beiden Komponenten (I) und (Q) werden über Tiefpaßfilter (LPF) 404 und 406 einem Entzerrer 408 für die Entzerrung von Zeilenkenndaten zugeführt. Das entzerrte, empfangene Signal wird in einem Phasenschieber 410 der vorher beschriebenen Phasendrehung um -n/8 unterzogen und wird dann an einen Entscheidungsabschnitt 414 übergeben.
Der Entscheidungsabschnitt 414 führt die vorerwähnte Entscheidung durch. Das vorher gesagte Symbol, das von dem Abschnitt 414 abgegeben wird, wird mittels eines Dekodierers 416 in einen binären Bitstrom dekodiert, wird dann mittels einer Entschlüsselungseinheit (descrambler)418 entschlüsselt, und wird dann von einem Ausgangsterminal 420 als ein korrekter binärer Bitstrom geliefert.
Inzwischen wird ein Federsignal 422, das von dem Entscheidungsabschnitt 414 abgegeben worden ist, von einem Abgriffkoeffizienten-Einsteller 424 zum Einstellen des Abgriffkoeffizienten eines Entzerrungsfilters des Entzerrers 408 verwendet. Es wird auch von einem Phasenfehlervorhersageabschnitt 426 verwendet, welcher einen Phasenfehler für die Phaseneinstellung in dem Trägerregenerierungsabschnitt 402 vorhersagt.
In einem System, welches die Einstellung einer Trägerphase in dem Trägerregenerierungsabschnitt 402 nicht ausführt, trennt, wie in Fig. 14 dargestellt, ein lokaler Trägergenerator 428 I- und Q-Komponenten voneinander. Eine Phasen- einstellung wird mittels eines Phasenschiebers 432 aufgrund eines Phasenkorrekturwerts, der von einem Trägerphasenregenerator 430 abgegeben worden ist, welcher seinerseits auf der Basis eines Phasenfehlers bestimmt wird, der durch einen Phasenfehler-Voraussageabschnitt 426 vorausgesagt worden ist. In diesem Fall wird dann eine Phasendrehung von -R/8 zu dem Phasenkorrekturwert addiert, der an den Phasenschieber 432 angelegt worden ist, um so die Phase eines empfangenen Signals um -E/8 zu drehen. Auf jeden Fall hat das erste Entscheidungsverfahren den Raum oder die Stelle eines empfangenen Signals mittels des Phasenschiebers 410 oder 432 um -R/8 zu drehen,obwohl die von dem Entscheidungsabschnitt 414 verwendeten Gleichungen verhältnismäßig einfach sind.
Bei dem anderen Verfahren werden dagegen verhältnismäßig komplizierte Gleichungen für eine Randbedingungsunterscheidung verwendet, ohne die Phase eines empfangenen Signals zu drehen. Bezüglich der Empfehlung V.29ter (4800 Bits/s) werden beispielsweise vier Gleichungen verwendet, die jeweils einen verhältnismäßig komplizierten Gradienten haben, wie in Fig. 15 dargestellt ist: y = tan ( lt / 8) x Y = tan (3ist / 8) x y =-tan ( lt / 8) x y =-tan (3w / 8) x Die Verwendung von komplizierten Gleichungen ist nachteilig, obwohl die Anordnung infolge des Wegfalls einer Phasendrehung eines empfangenen Signals verhältnismäßig einfach sein kann.
Nachstehend wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben, welche eine Lösung bezüglich der vorstehend beschriebenen Schwierigkeit darstellt. Die Beschreibung wird beispielsweise entsprechend der CCITT-Empfehlung V.27ter (4800 Bits/s) durchgeführt. Wie in Fig. 11 dargestellt, setzt ein ideales Signal acht verschiedene Punkte voraus, welche in Abständen von n/8-Radianten von einem Punkt angeordnet sind, welcher ein Nullradiant zu einer Bezugsphase ist. In Anbetracht dessen sind, wie in Fig. 16 dargestellt, Bezugssignalstellen festgelegt, welche acht Signalpunkte enthalten, welche in Abständen von n/4-Radianten von einer Stelle angeordnet sind, welche ein n/8-Radiant der Bezugsphase ist.
Die Bezugssignalstellen sind diese Versionen der Signalstellen der Fig. 11, welche um einen -n/8-Radianten gedreht werden.
Wenn ein Wert, der durch Voraussagen eines empfangenen Signals R mit Hilfe der in Fig. 16 dargestellten Bezugssignalstellen erzeugt worden ist, Sr ist, und wenn ein Wert, der mit Hilfe der in Fig. 11 dargestellten Signalstellen vorausgesagt worden ist, S ist, läßt sich ein Unterschied E zwischen dem empfangenen Signal R und dem vorhergesagten Signal S, d.h. ein Fehlersignal ausdrücken als E = R -S; Ein Fehlersignal Er, welches ein Unterschied zwischen dem empfangenen Signal R und dem vorausgesagten Signal Sr anzeigt, ergibt sich zu: Er = R - Sr; Wie in Fig. 17 gezeigt, werden die Werte S, Sr, R, E und Re durch Vektoren von dem Ursprung in allen Signalräumen zu den Signalpunkten hin dargestellt. Somit gilt: Er = R - S + S - Sr = E + (S - Sr).
Folglich ist, wenn der Phasenfehler zwischen dem empfangenen Signal R und dem vorausgesagten Signal S e ist wie in Fig.
17 dargestellt, der Phasenfehler zwischen dem empfangenen Signal R und dem vorausgesagten Wert Sr zu + + lot/8). Hieraus folgt, daß der Trägerregenerator 402 die Phase um einen Radianten von -e, wenn der S-Raum als der Bezugssignalraum verwendet wird, und um einen Radianten von -(6 + lot/8) korrigiert, wenn der Sr-Raum verwendet wird. Daraus ergibt sich, daß die Operation, die bisher zum Drehen der Phase eines empfangenen Signals um einen Radianten von -n/8 verwendet worden ist und bewirkt wird, unmittelbar bevor das empfangene Signal an den Entscheidungsabschnitt 414 angelegt wird (siehe Fig. 13 oder 14)automatisch mit der Trägerphase kombiniert wird, wenn der Raum Sr statt des Raums S als der Bezugssignalraum verwendet wird. Dies erlaubt dann die Verwendung der Gleichungen y = 0, y = x, x = 0 und y =-x, wie in Fig. 12 dargestellt ist. Dies ist der Grundgedanke auch welchem diese Ausführungsform beruht.
In Fig. 18 ist ein Quadratur-Amplitudenmodulations-Demodulator gemäß der Erfindung dargestellt. In Fig. 18 sind dieselben oder ähnliche Elemente, wie die, welche in Fig. 13 oder 14 dargestellt sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die in Fig. 18 dargestellte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber 410 oder 432, welcher in der in Fig. 13 oder 14 wiedergegebenen Ausführungsform wesentlich ist, weggelassen ist. Außerdem ist der Bezugssignalgenerator 412, der in der Ausführungsform der Fig. 13 oder 14 zum Erzeugen eines in Fig. 11 dargestellten Bezugssignals vorgesehen ist, durch einen Bezugssignalgenerator 500 in Fig. 18 ersetzt.
Der Bezugssignalgenerator 500 in Fig. 18 wird dazu verwendet, daß in Fig. 16 dargestellte Bezugssignal zu erzeugen.
Das heißt, er erzeugt Bezugssignalräume (Fig. 16), indem die Bezugssignalräume der Fig. 11 um einen vorbestimmten Winkel, d.h. in dieser Ausführungsform um -E/8 gedreht werden. Bei dieser Ausführungsform ist die in Fig. 18 dargestellte Einrichtung in der Lage, aufgrund des vorstehend beschriebenen Prinzips Signalräume zu unterscheiden, ohne die Phase von empfangenen Signalen zu drehen. Das heißt, ein empfangenes Signal, das von dem Entzerrer 408 abgegeben worden ist, wird von der Entscheidungsschaltung 414 mit dem Bezugssignal verglichen, das von dem Bezugssignalgenerator 500 abgegeben worden ist, wodurch ein vorhergesagter Wert des empfangenen signals bestimmt wird.
Wie oben beschrieben, arbeitet der QAM-Demodulator in der dargestellten Ausführungsform mit den einfachen Gleichungen für eine Randbedingungsunterscheidung, noch dazu entfällt die Notwendigkeit einer komplizierten Ausführung, um die Phase von empfangenen Signalen um -n/8-Radianten zu drehen, da der Bezugssignalraum Sr, welcher in der Phase um einen -n/8-Radianten gedreht ist, verwendet wird.
Selbstverständlich ist die dargestellte Ausführungsform in vorteilhafter Weise auch bei irgendeinem anderen QAM-System ebenso wie bei dem dargestellten und beschriebenen anwendbar. Entsprechend einer Empfehlung V.27ter (2400 Bits/s) liegen beispielsweise ideale Signalpunkte in den Phasen 0, lot/2, lt und 3E/2, und folglich wird ein Bezugssignalraum Sr verwendet, welcher um einen -E/4-Radianten gedreht wird, wie in Fig. 19 dargestellt ist. Die Gleichungen für eine Randbedingungsunterscheidung sind dann y = 0 und x-= 0.
Obwohl die Ausführungsform bezüglich eines Demodulators beschrieben worden ist, welcher durch eine diskrete Hardware ausgeführt ist, ist die Erfindung auch in vorteilhafter Weise bei einem Demodulator anwendbar, welcher durch digitale Signalverarbeitungen ausgeführt wird, die sich auf einen Prozessor stützen. Durch die vorstehend beschriebeneAusführungsform ist eine einfache Demodulatoranordnung realisiert, bei welcher einfache Gleichungen für eine Randunterscheidung verwendet werden kann und kein Mechanismus zum Drehen der Phase eines empfangenen Signals erforderlich ist, da Bezugssignalräume verwendet werden, welche durch Drehen von Signalräumen um einen vorbestimmten Winkel festgelegt sind.
Ende der Beschreibung

Claims

Symbolentscheidungsverfahren Patentansprüche ½)1 Symbolentscheidungsverfahren für eine Datenübertragung, bei welcher ein zweidimensional moduliertes Signal über einen Demodulator empfangen wird und ein Symbol, welches durch das empfangene Signal dargestellt ist, dadurch unterschieden wird, daß ein empfangener Signalpunkt, welcher durch Ausbilden des empfangenen Signals in einem orthogonalen Koordinatensystem festgelegt worden ist, mit charakteristischen Signalpunkten verglichen wird, welche symmetrisch bezüglich einer Linie Y = X in dem orthogonalen Koordinatensystem verteilt sind, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß (a) der empfangene Signalpunkt bezüglich der X- und der Y-Achsen des orthogonalen Koordinatensystems umgeklappt wird, um den empfangenen Signalpunkt in einen ersten Quadranten des Koordinatensystems zu verschieben; (b) die Signalpunkte, die in den ersten Quadranten verschoben worden sind, bezüglich der Linie Y = X umgeklappt werden, um den Signalpunkt in einem Bereich des ersten Quadranten zu verschieben, der auf einer Seite der Linie Y = X festgelegt ist, (c) einer der charakteristischen Signalpunkte Unterschieden wird, welcher dem verschobenen Signalpunkt in dem Bereich am nächsten liegt'und (d) ein Symbol des ursprünglich empfangenen Signals durch Verarbeiten der Koordinaten, was dem Umklappen entgegengesetzt ist, aufgrund des empfangenen Signals identifiziert wird.
2. Symbolentscheidungsschaltung für eine Datenübertragung, bei welcher ein zweidimensional moduliertes Signal über einen Demodulator empfangen und ein Symbol, welches durch das empfangene Signal dargestellt ist, unterschieden wird, ihdem ein Signalpunkt, welcher durch Ausbilden des empfangenen Signal in einem orthogonalen Koordinatensystem festgelegt ist, mit charakteristischen Signalpunkten verglichen wird, dadurch g e k e n n z e i'c h n e t, daß (a) der empfangene Signalpunkt in einen Signalpunkt in einem vorbestimmten Bereich des Koordinatensystems umgesetzt wird, indem der empfangene Signalpunkt in dem Koordinatensystem bezüglich zumindest einer Zeile und eines Punktes verarbeitet wird, bezüglich welchem die charakteristischen Signalpunkte symmetrisch sind; (b) einen der charakteristischen Signalpunkte unterschieden wird, welcher dem umgesetzten Signalpunkt in dem vorbestimmten Bereich am nächsten ist, und (c) ein Symbol des usprünglich empfangenen Signal durch Verarbeiten des unterschiedenen Signalpunktes, was der Koordinatenverarbeitung entgegengesetzt ist, auf der Basis des empfangenen Signals identifiziert wird.
3. Quadratur-Amplitudenmodulations-Demodulator zum Unterscheiden eines Signalpunktes, indem ein durch Quadratur-Amplitudenmodulation übertragenes Signal mit Bezugssignalräumen verglichen wird, dadurch g e k e n n z e i c hn e t, daß (a) Bezugssignalräume festgelegt werden, indem eine Phase von idealen Signalpunkten eines quadraturamplitudenmodulierten Signals um einen vorbestimmten Winkel in Signal räumen gedreht wird und (b) der vorbestimmte Winkel so gewählt wird, daß Gleichungen zum Bestimmen einer Randbedingung zwischen nahegelegenen Signalen in Signalräumen in einfacher Form ausgedrückt werden.