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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein Verfahren zur entscheidungsrückgekoppelten Taktregelung
bekannt, das in z.B. K.D. Kammeyer, H. Schenck, "Ein analytisches Model für die Taktableitung
in digitalen Modems",
Schüssler
Verlag 1980, Seite 81 bis 87, beschrieben ist. Dabei werden Gesamtsysteme
verwendet, deren Impulsantwort die erste Nyquist-Bedingung erfüllen und
einen Nulldurchgang vor und nach dem Hauptimpuls aufweisen. Deshalb
eignen sich diese Datenimpulse zu einer entscheidungsrückgekoppelten
Taktregelung unter Verwendung eines Symmetriekriteriums zur Ermittlung
der Taktabweichung vom optimalen Takt.
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Dabei
ermöglicht
das Symmetriekriterium eine Taktregelung auf die Nullstellen vor
und nach dem Hauptimpuls. Die ermittelte Taktabweichung wird einem
programmierbaren Baustein zugeführt, der
ein vorgegebenes Taktraster eines Schwingquarzes verändert und
mit dem veränderten
Taktraster die Datensymbole abtastet.
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Weiterhin
ist es aus K.D. Kammeyer, "Nachrichtenübertragung", Teubner Verlag,
Stuttgart 1992, Seite 598 ff. bekannt, Multiträgerverfahren mit Rechteckimpulsformung
und mit phasenkohärenter
Trägerrückgewinnung
zur Übertragung
von Daten zu verwenden. Bei diesen Übertragungsverfahren wird jedoch
die Taktableitung anhand von anderen Kriterien realisiert. Dabei
wird z.B. von Trainingssequenzen Gebrauch gemacht, an denen sich
die Abtastung bis zum nächsten
Trainingsintervall orientiert. Ein Nachteil solcher Verfahren besteht
darin, daß zwischen den
Trainingssequenzen keine Nachführung
des Taktes stattfindet. Dadurch ergeben sich größere Abweichungen vom optimalen
Abtasttakt.
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Zudem
ist es aus dem Buch von R.E. Crochiere, "Multirate Digital Signal Processing", Prentice Hall 1983,
Seite 86 ff. bekannt, Polyphasenfilterbänke mit Hilfe eines Kommutators
auszuführen.
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Aus
der
DE 41 12 860 C2 ist
eine Empfängeranordnung
eines Mehrkanalübertragungssystems, bestehend
zumindest aus einem Mischer, mehreren Subkanälen und einem Multiplexer bekannt,
wobei der Empfänger
zwischen Mischer und Multiplexer einen Regelkreis enthält, der
aus einer Regelstrecke mit einem Stellglied, mehreren Subkanälen, einer Messeinrichtung
und aus einem Regler aufgebaut ist, wobei die Messeinrichtung aus
dem Ausgangssignal mindestens eines Subkanals einen aktuellen Frequenzversatz
gegen eine Sollfrequenz bestimmt und wobei das Stellglied durch
einen Modulator gebildet ist, der den Frequenzversatz des Ausgangssignals des
Mischer mit einer im Regelkreis erstellten Korrekturfrequenz kompensiert.
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Aus
der
US 4,604,583 ist
eine Phasenregelschleife (pII) zweiter Ordnung bekannt, die einen
Demodulationsbereich umfasst, der ankommende Basisbandsignale mehrerer
paralleler Kanäle
empfängt. Der
Phasenregelkreis zweiter Ordnung, dem das Basisbandsignal eines
Pilotkanals eines Demodulators zugeführt wird, beinhaltet erste
und zweite Regelschleifen. Die erste Regelschleife ist ausgelegt
um statische Phasenschwankungen des Pilotkanalsignals zu korrigieren,
während
der zweite Regelkreis abrupte Frequenzverschiebungen des gleichen
Signals korrigiert. Der Phasenregelkreis zweiter Ordnung wird weiterhin
dazu verwendet, um sowohl statische Phasenschwankungen und abrupte
Frequenzsprünge
der Datenkanäle
zu korrigieren.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß das bekannte
Symmetriekriterium K zur Taktregelung bei einem Multiträgerverfahren
mit Rechteckimpulsformung und mit phasenkohärenter Trägerrückgewinnung eingesetzt wird.
Das bekannte Symmetriekriterium führt trotz fehlender Nulldurchgänge der
verwendeten Rechteckimpulse entgegen den Erwartungen zu einer guten
Taktregelung. Zudem erweist sich das bekannte Symmetriekriterium
K auch unter Kanaleinfluß und
bei linearer Verzerrung der Datensignale als sehr robust und führt auch
unter diesen Einflüssen
zu einer guten Taktregelung.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Verfahrens möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren
wird in besonderer Weise verbessert, indem der Kommutator von einer
Regeleinheit nach dem Symmetriekriterium gesteuert wird. Eine einfache
Steuerung des Kommutators wird erreicht, indem der Kommutator um
ganze Vielfache eines vorgegebenen Abtasttaktes vor- oder zurückgestellt wird.
Ein besonderer Vorteil liegt darin, daß der Abtasttakt, nach dem
die Regeleinheit den Kommutator steuert, nicht verändert werden
muß. Dadurch
ist eine kostengünstige
Realisierung der Taktregelung möglich.
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Das
Verfahren wird in seiner Ausführung
optimiert, indem die Recheneinheit als Polyphasenfilterbank ausgeführt wird.
Dadurch ist es möglich,
die Einzelträgersignale
eines Multiträgersignals
parallel zu verarbeiten und auf diese Weise eine schnelle Datenverarbeitung
zu erreichen.
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Besonders
vorteilhaft wird das verwendete Verfahren weitergebildet, indem
eine Ensemblemittelung über
die Symmetriekriterien der Einzelträgersignale ausgeführt wird
und das Bemittelte Kriterium zur Regelung des Kommutators verwendet
wird. Auf diese Weise wird in kurzer Zeit ein Mittelwert der Taktabweichung
vom optimalen Takt erhalten. Dadurch ist in kurzer Zeit eine präzise Taktregelung
möglich.
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Die
erfindungsgemäße Taktregelung
ist besonders für
das Orthogonal Frequency Division Multiplexing Verfahren (OFDM)
geeignet.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigt 1 Teile eines Empfängers mit einem Kommutator
und einer Polyphasenfilterbank.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In
der Figur ist ein analoger Hochfrequenz-Demodulator 1 dargestellt,
der mit einem Analog-Digital-Wandler 2 über eine Datenleitung 14 verbunden
ist. Der Analog-Digital-Wandler 2 ist über eine Steuerleitung 15 mit
einem Taktgenerator 22 mit festgelegter Systemtaktfrequenz
verbunden. Weiterhin ist der Analog-Digital-Wandler 2 über eine
weitere Datenleitung 14 über einen Kommutator 20 mit
einer Polyphasenfilterbank 21 verbunden. Der Kommutator 20 ist über eine
Steuerleitung 16 mit einer Regeleinheit 13 verbunden.
Die Polyphasenfilterbank 21 ist über eine festgelegte Anzahl
N Datenleitungen 14 mit einer festgelegten Anzahl N Entscheidern 7, 8, 9 verbunden.
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Der
Eingang jedes Entscheiders 7, 8, 9 ist über eine
Datenleitung 14 mit einem Abtastdifferenz-Detektor 10, 11, 12 verbunden.
Zudem führt
von dem Ausgang jedes Entscheiders 7, 8, 9 eine
Datenleitung 14 zu dem gleichen Abtastdifferenz-Detektor 10, 11, 12,
der mit dem Eingang des gleichen Entscheiders 7, 8, 9 verbunden
ist. Die Abtastdifferenz-Detektoren 10, 11, 12 sind
jeweils über
eine Datenleitung 14 mit der Regeleinheit 13 verbunden.
Die Regeleinheit 13 besteht aus einem Rechenwerk zur Steuerung,
d.h. zur Vor- und Rückstellung,
des Kommutators 20 in Abhängigkeit vom Symmetriekriterium K.
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Ein
moduliertes analoges Hochfrequenz-Trägersignal, das dem analogen
Hochfrequenz-Demodulator 1 zugeführt wird, wird in eine niedrigere
Frequenzlage verschoben und über
eine Datenleitung 14 an den Analog-Digital-Wandler 2 weitergegeben. Der
Kommutator 20 verteilt die vom Analog-Digital-Wandler 2 erzeugte
digitale Zahlenfolge auf die Eingänge der Polyphasenfilterbank 21 entsprechend den
von der Regeleinheit 13 vorgegebenen Taktsteuer-Signal.
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Die
Polyphasenfilterbank 21 filtert aus einem Multiträgersignal
Einzelträgersignale,
die die enthaltenen Daten darstellen, heraus und gibt diese über Datenleitungen 14 an
die Entscheider 7, 8, 9 weiter. Die Entscheider 7, 8, 9 entscheiden
die enthaltenen Daten in entschiedene Daten und geben diese zur weiteren
Verarbeitung aus.
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Die
entschiedenen Daten werden zum Beispiel bei einem Multiträgerübertragungsverfahren Decodern
zugeführt,
die die entschiedenen Daten decodieren und einem Parallel-Serien-Wandler
zuführen.
Die Parallel-Serien-Wandler erzeugen die ursprüngliche Datenfolge, die zur
Erzeugung von Sprache bzw. Bildern weiter verarbeitet wird.
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Die
am Eingang jedes Entscheiders 7, 8, 9 vorliegenden
enthaltenen Daten und die daraus entschiedenen Daten werden jeweils
einem Abtastdifferenz-Detektor 10, 11, 12,
zugeführt.
Die Abtastdifferenz-Detektoren 10, 11, 12 ermitteln
aus den enthaltenen Daten und den entschiedenen Daten unter Verwendung
des bekannten Symmetriekriteriums K:=(x(i – 1)D(i) – x(i)D(i – 1)), wobei mit x(i) bzw.
x(i – 1)
das enthaltene Datum zum Zeitpunkt i bzw. i – 1 und mit D(i) bzw. mit D(i – 1) das
entschiedene Datum zum Zeitpunkt i bzw. i – 1 bezeichnet ist, ein Maß für die Fehlabtastung
der enthaltenen Daten.
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Das
Symmetriekriterium K für
eine entscheidungsrückgekoppelte
Taktregelung ist z.B. in K.D.Kammeyer "Nachrichtenübertragung", Teubner Verlag Stuttgart 1992, Seite
213 ff. beschrieben. Die von den Abtastdifferenz-Detektoren 10, 11, 12 ermittelten
Symmetriekriterien K werden über
Datenleitungen 14 an die Regeleinheit 13 weitergegeben.
Die Regeleinheit 13 ermittelt aus den zugeführten Symmetriekriterien
ein Steuersignal, das den Kommutator 20 so regelt, daß der Symboltakt
in Richtung optimalen Symboltakt verschoben wird.
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Anhand
der 1 wird ein ausgewähltes Ausführungsbeispiel erläutert. Als Übertragungssystem
wird z.B. ein Multiträgersystem
verwendet, das in K.D. Kammeyer, H. Schulze, U. Tuisel, H. Bochmann, "Digital Multiple
Carrier Transmisson Of Audio Signals Over Mobile Radio Channels", European Transactions
On Telecommunication, Vol. 3, 1992, Seite 23 bis 33, beschrieben
ist.
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Als
Impulsformen für
die Datenimpulse werden Rechteckimpulse mit Guard-Intervall nach
dem bekannten Orthogonal Frequency Division Multiplexing Verfahren,
wie z.B. bei K.D. Kammeyer, "Nachrichtenübertragung", Teubner Verlag
Stuttgart 1992, Seite 611 ff und bei A.Alard, R. Lassalle:" Principles of Modulation
and Channel Coding for Digital Broadcasting for Mobile Receivers ", European Broadcasting
Union Review-Technical, No. 224, August 1987, beschrieben, verwendet.
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Bei
Multiträgersystemen
wird eine zu übertragende
Bitfolge mit Hilfe eines Serien-Parallel-Wandlers in Datengruppen
festgelegter Bitanzahl zerlegt. Die Datengruppen werden daraufhin
parallel in identischen Codierern in komplexe Symbole der gewünschten
Modulationsform umgesetzt. Nach einer anschließenden Bandbegrenzung durch
identische Impulsformer erfolgt eine Modulation in Form von Einzelträgersignalen
mit äquidistanten
Trägerfrequenzen.
Abschließend
erfolgt eine Summation aller Einzelträgersignale. Das so gebildete
Multiträgersignal
wird zur Übertragung
mit einer Radiofrequenz moduliert und als moduliertes analoges Hochfrequenz-Trägersignal übertragen.
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Das
modulierte analoge Hochfrequenz-Trägersignal wird einem Hochfrequenz-Demodulator 1 zugeführt, der
das Hochfrequenz-Trägersignal
von der Hochfrequenz in eine tiefere Frequenzlage verschiebt und
an einen Analog-Digital-Wandler 2 weitergibt. Der Analog-Digital-Wandler 2 digitalisiert
das demodulierte Trägersignal
nach einem konstanten Abtasttakt, der von dem Taktgenerator 22 vorgegeben
wird.
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Der
Analog-Digital-Wandler 2 gibt die sich ergebende digitale
Zahlenfolge an einem Kommutator 20 weiter.
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Der
Kommutator 20 wird von der Regeleinheit 13 über die
Steuerleitung 16 geregelt. Der Kommutator 20 verteilt
die digitale Zahlenfolge auf die Eingänge der Polyphasenfilterbank 21.
Die Polyphasenfilterbank 21 ermittelt aus der zugeführten digitalen
Zahlenfolge parallel für
jedes Einzelträgersignal die
enthaltenen Daten. Die in den Einzelträgersignalen enthaltenen Daten
werden parallel weiterverarbeitet. Die weitere Verarbeitung wird
anhand eines Weges beschrieben, der jedoch für alle Einzelträgersignale
analog zutrifft.
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Auf
die Funktionsweise des Kommutators 20 bzw. der Polyphasenfilterbank 21 soll
hier nicht näher eingegangen
werden, da diese Stand der Technik sind und aus R.P. Crochier, "Multirate Digital
Signal Processing",
Prentice-Hall 1983, bekannt sind.
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In
diesem verwendeten Beispiel wird der Kommutator 20 von
der Regeleinheit 13 im Symboltakt geregelt. Dazu setzt
die Regeleinheit 13 den Kommutator 20 zu Beginn
eines jeden Symbolintervalls um eine Position vor oder zurück, je nachdem, ob
das Symmetriekriterium einen zu langsamen oder zu schnellen Takt
anzeigt.
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Bei
Multiträgersytemen
ist der Abtasttakt (1/TA) um den Faktor
N, der der Anzahl N der Einzelträger
entspricht, höher
als der Symboltakt (1/T), so daß zur
Korrektur des Symboltaktes eine Verschiebung um Vielfache des Abtasttaktes
durch die Regeleinheit 13 in Abhängigkeit von den Symmetriekriterien
bzw. dem gemittelten Symmetriekriterium möglich ist. Es ist daher keine
aufwendige kontinuierliche Steuerung der Frequenz eines Oszillators
notwendig. Eine Korrektur des Symboltaktes erfolgt durch Regelung
des Kommutators 20 durch die Regeleinheit 13, wobei
diskrete zeitliche Korrekturen des Symboltaktes um die Zeitinkremente
+–TA erreicht werden.
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Die
in dem Einzelträgersignal
enthaltenen Daten werden von der Polyphasenfilterbank 21 an den
Entscheider 7 weiter gegeben. Der Entscheider 7 entscheidet
aufgrund der enthaltenen Daten entschiedene Daten und gibt diese
zur weiteren Verarbeitung weiter. Die am Eingang des Entscheiders 7 vorliegenden
enthaltenen Daten und die am Ausgang des Entscheiders 7 vorliegenden
entschiedenen Daten werden jeweils über Datenleitungen 14 dem
Abtastdifferenz-Detektor 10 zugeführt. Der Abtastdifferenz-Detektor 10 ermittelt
das Symmetriekriterium K aus den enthaltenen Daten und den entschiedenen Daten.
Da das Symmetriekriterium K eine Größe darstellt, die proportional
zur Abweichung des Symboltaktes vom optimalen Symboltakt ist, wird
das Symmetriekriterium zur Steuerung des Kommutators 20 verwendet.
Das Symmetriekriterium K wird über
eine Datenleitung 14 an die Regeleinheit 13 weitergegeben.
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Auf
diese Weise wird für
jeden der N Einzelträger,
wie in dem Ausführungsbeispiel
der 1 dargestellt, ein Symmetriekriterium K ermittelt
und an die Regeleinheit 13 weitergegeben. Die Regeleinheit 13 steuert
nun in Abhängigkeit
von den zugeführten Symmetriekriterien
den Kommutator 20. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, über alle
zugeführten
Symmetriekriterien K in der Regeleinheit 13 eine Ensemblemittelung
durchzuführen
und das gemittelte Symmetriekriterium für die Steuerung des Kommutators 20 zu
verwenden.
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Neben
der verwendeten OFDM-Impulsformung können auch andere Impulsformungen
verwendet werden. Versuche mit OFDM-Impulsformung zeigen, daß bei Verwendung
von Gesamtsystemen deren Impulsantworten keine Nulldurchgänge aufweisen,
das gemittelte Symmetriekriterium K bei einem relativen Taktfehler
von Δt/T
von +–0,1
den Wert 0 annimmt, wobei Δt
die Taktabweichung vom optimalen Symboltakt und T die Zeitdauer
zwischen zwei Takten bezeichnet.
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Die
Taktregelung stellt sich somit auf den Bereich des "Guard-Intervalls" bei OFDM-Impulsformung
ein, in dem eine fehlerfreie Datumentscheidung möglich ist. Zudem zeigen Versuche,
daß sogar für den Fall
von Mehrwegeechos in den Übertragungskanälen bei
relativen Taktfehlern von Δt/T=0,1 das
gemittelte Symmetriekriterium einen Nulldurchgang aufweist, solange
die maximale Echolaufzeit kleiner als das Guard-Intervall ist. Die
Taktableitung stellt sich somit auf den rechten Augenrand ein, bei dem
eine Datumentscheidung eindeutig möglich ist.
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Das
Multiträgerverfahren
bietet den Vorteil, eine Mittelwertbildung des Symmetriekriteriums
K über
alle Einzelträger
vornehmen zu können
und dadurch bei entsprechend großer Anzahl N an Einzelträgern in
kurzer Zeit einen guten Mittelwert zu erhalten. Damit ist nach kurzer
Zeit eine exakte Taktregelung möglich.
Es ist jedoch zu bemerken, daß das
beschriebene Verfahren eine funktionierende Trägerregelung voraussetzt.