DE4436564C1

DE4436564C1 - Demodulator für zweidimensional digital modulierte Signale

Info

Publication number: DE4436564C1
Application number: DE4436564A
Authority: DE
Inventors: Peter Herbig
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Ericsson AB
Priority date: 1994-10-13
Filing date: 1994-10-13
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2014-10-14
Also published as: ITMI952042A0; ITMI952042A1; FR2725863A1; CH690483A5; FR2725863B1; IT1275788B1; BR9504389A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Demodulator für zweidimensional digital modulierte Signale mit einem Gebietsentscheider, der in der Ebene der zweidimensionalen Signalwerte durch Entscheidungsschwellen Lock-Out-Gebiete festlegt, wobei der Gebietsentscheider, wenn er empfangene Signalwerte in solchen Lock-Out-Gebieten detektiert, ein Acquisition-Signal abgibt, das vorhandenen Regelkreisen signalisiert, daß sie ausgerastet (Lock-Out) sind.

Ein derartiger Demodulator ist z. B. aus der DE 41 00 099 C1 oder aus IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-30, No. 10, Oct. 1982, S. 2385-2390 bekannt. In beiden Veröffentlichungen geht es um die optimale Plazierung von Lock-Out-Gebieten, die Acquisitions-Signale initieren, so daß ausgerastete Regelkreise des Demodulators schnell und sicher den Einrast-Zustand erreichen.

Ein Demodulator für zweidimensional digital modulierte Signale (z. B. QAM-Signale) enthält im allgemeinen mehrere miteinander verkoppelte Regelkreise, nämlich zur Regelung der Empfangspegel, der Ablage der Takt- und Trägerphase der Eingangssignale, der Quadratur der Trägerfrequenzphasen und evtl. auch der Koeffizienten adaptiver Entzerrer. Für die Regelkreise gibt es zwei verschiedene Betriebszustände, den Acquisition-Mode und den Tracking-Mode. Der Acquisition-Mode sorgt zu Beginn einer Datenübertragung oder nach einem Ausfall dafür, daß die Regelkreise einrasten. Danach wird auf den Tracking-Mode umgeschaltet, in dem die Regelkreise nur geringfügiger Ablagen ausregeln.

Die Regelkreise brauchen jedenfalls eine eindeutige Information darüber, wann sie im Acquisition-Mode und wann sie im Tracking-Mode betrieben werden sollen. Die Entscheidung darüber, welcher Betriebszustand gerade in Frage kommt, hängt davon ab, in welchen Bereichen Empfangssignalwerte innerhalb der Ebene der zweidimensionalen Signalwerte auftreten. Werden Empfangssignalwerte z. B. in der unmittelbaren Umgebung der Soll-Signalwerte detektiert, so bedeutet das, daß die Regelkreise eingerastet sind und im Tracking-Mode zu betreiben sind.

Treten Empfangssignalwerte in Bereichen der Signalwert-Ebene auf, die weiter entfernt sind von den Soll-Signalwerten, dann müßte der Acquisition-Mode Betrieb für die Regelkreise ausgelöst werden.

Nun kommt es vor, daß Empfangssignalwerte in der Umgebung von Soll-Signalwerten auftreten, an sich also der Tracking- Mode in Betracht käme, überlagerte Störsignale die Empfangssignalwerte allerdings aus den den Tracking-Mode definierenden Gebieten der Signalwert-Ebene heraustreten lassen und dadurch der Acquisition-Mode Betrieb veranlaßt wird, obwohl die Regelkreise eigentlich gar nicht ausgerastet sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Demodulator der eingangs genannten Art anzugeben, der möglichst weitgehend eine Umschaltung auf den Acquisition- Mode Betrieb vermeidet, wenn die Regelkreise noch eingerastet sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung geht aus den Unteransprüchen hervor.

Nach der Erfindung führen z. B. Sinusstörsignale, die den Empfangssignalwerten überlagert sind, nicht dazu, daß die Regelkreise des Demodulators in den Acquisition-Mode umgeschaltet werden, obwohl sie nicht ausgerastet sind.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nun die Erfindung näher erläutert.

In der Figur ist die Signalwert-Ebene z. B. eines 16 QAM Modulationssystems dargestellt. Die in dieser Ebene liegenden 16 Soll-Signalwerte sind durch Punkte gekennzeichnet. Jeder Soll-Signalwert besteht aus einem Inphasenanteil X_I und einem Quadraturanteil X_Q.

Die Funktionsweise eines Gebietsentscheiders, der zu entscheiden hat, welchen der Soll-Signalwerte ein Empfangssignalwert zuzuordnen ist und in welchen der beiden Betriebszustände (Acquisition-Mode oder Tracking-Mode) die Regelkreise des Demodulators jeweils zu schalten sind, soll an der dargestellten Signalwert-Ebene verdeutlicht werden.

Zu der Inphase- und der Quadraturachse I und Q parallel verlaufende äquidistante Entscheidungsschwellen S_I und S_Q unterteilen die gesamte Signalwert-Ebene in Felder, in denen jeweils zentral ein Soll-Signalwert liegt. Je nachdem in welches Feld ein Empfangssignalwert fällt, ordnet der Gebietsentscheider den Empfangssignalwert dem Soll- Signalwert dieses Feldes zu.

Außerdem sind durch weitere Entscheidungsschwellen mehrere Lock-Out-Gebiete LO (grau unterlegte Gebiete) abgegrenzt. Wenn Empfangssignalwerte in solche Lock-Out-Gebiete LO treffen, signalisiert der Gebietsentscheider, daß die Regelkreise nicht eingerastet sind und deshalb auf den Acquisition-Mode Betrieb umzuschalten ist. Die Lock-Out- Gebiete LO sind nach folgendem Kriterium plaziert und bemessen:

Trifft ein Empfangssignalwert auf einen Soll-Signalwert und ist dieser Empfangssignalwert von einem Sinusstörsignal überlagert, so bewegt es sich auf einem Kreis SS um den Soll-Signalwert. Der Durchmesser dieses Kreises SS, der durch die Amplitude des Sinusstörsignals vorgegeben ist, darf maximal so groß sein, daß er die den Soll-Signalwert begrenzenden Entscheidungsschwellen S_I und S_Q gerade nicht schneidet (vgl. Figur). Bei einem Empfangssignalwert mit einem überlagerten Sinusstörsignal bis zu einer Amplitude mit dem genannten Maximalwert kann der Tracking-Mode beibehalten werden. Erst wenn die Amplitude des Sinusstörsignals diesen Maximalwert überschreitet, muß in den Acquisition-Mode umgeschaltet werden. Die Lock-Out- Gebiete LO dürfen deshalb nur die Bereiche der Signalwert- Ebene erfassen, welche von Kreisen SS mit dem maximal zulässigen Radius nicht geschnitten werden. So kommt es zu den in der Figur gezeigten Lock-Out-Gebieten in den Kreuzungsbereichen der Entscheidungsschwellen S_I und S_Q und außerhalb der Soll-Signalwert-Konstellation. Damit sich die Lock-Out-Gebiete LO dem Kreis SS möglichst dicht annähern, sind sie durch Entscheiderschwellen begrenzt, die teilweise parallel und teilweise unter 45° zu den Inphase- und Quadraturachsen I und Q verlaufen.

Der Gebietsentscheider erzeugt ein Signal

Das Symbol V kennzeichnet die logische Verknüpfung ODER. X_I ist der Inphase- und X_Q der Quadraturanteil des abgetasteten Empfangswertes. X_max stellt eine Schwelle dar, die größer als der Inphase- bzw. Quadraturanteil der größten Soll-Signalwerte ist. Definiert man als QAM-Sendealphabet die Werte {±1, ±3 . . . }, erhält man für m-QAM die Konstellationsgrenze X_max √, bei 16-QAM also X_max = 4. e_I und e_Q sind die Ablagen des Inphase- und des Quadraturanteils eines Empfangssignalwertes gegenüber denen des entschiedenen Soll-Signalwertes.

e_max ist ein Dimensionierungsparameter und bestimmt die Ausdehnung der inneren Lock-Out Gebiete (s. Figur). Er kann entweder auf maximale Störfestigkeit gegenüber Sinusstörsignale dimensioniert werden (e_max<1.0) oder auf maximale Robustheit gegenüber fehlerhaftem Empfangspegel (bei 16-QAM schneidet der mittlere der 3 Kreise für e_max<1.08 vier der inneren Lock-Out-Bereiche).

Der Gebietsentscheider mittelt über mehrere von ihm erzeugte Signale G und vergleicht schließlich das gemittelte Signal G mit einer vorgegebenen Schwelle G_S. Ist G < G_S, gibt der Gebietsentscheider ein Acquisition-Signal ab. Solange G < G_S ist, signalisiert der Gebietsentscheider den Tracking-Mode.

G_S muß so dimensioniert werden, daß sicher zwischen eingerastetem und nicht eingerastetem Zustand unterschieden werden kann und gleichzeitig der Umschaltpunkt bei möglichst hohen Fehlerraten stattfindet. Für 16-QAM liefert ein nicht eingerasteter Regelkreis G = 0,25. Der halbe Wert davon liefert eine Orientierung für die Schwelle G₅ = 0,125. Mit dieser Dimensionierung erhält man im Umschaltpunkt zwischen Tracking-Mode und Acquisition-Mode eine Fehlerrate von etwa 1,5·10^-2, einen ausreichend großen Wert.

Der Gebietsentscheider kann vorteilhafterweise aus sehr wenigen logischen Komponenten aufgebaut werden, da für einen zuverlässigen Betrieb eine sehr grobe Quantisierung der Fehlersignale |e_I| und |e_Q|, zum Beispiel mit je 3 Bit Auflösung, bereits ausreichend ist. Die Begrenzungen der inneren Lock-Out-Gebiete werden dadurch treppenförmig.

Claims

1. Demodulator für zweidimensional digital modulierte Signale mit einem Gebietsentscheider, der in der Ebene der zweidimensionalen Signalwerte durch Entscheidungsschwellen Lock-Out-Gebiete festlegt, wobei der Gebietsentscheider, wenn er empfangene Signalwerte in solchen Lock-Out-Gebieten detektiert, ein Acquisition-Signal abgibt, das vorhandenen Regelkreise signalisiert, daß sie, ausgerastet (Lock-Out) sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lock-Out-Gebiete (LO) so gelegt und bemessen sind, daß sie nicht von empfangenen Signalwerten getroffen werden, welche sich aufgrund von überlagerten Sinusstörsignalen auf kreisförmigen Bahnen (SS) um Soll-Signalwerte herum bewegen.

2. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gebietsentscheider ein Signal erzeugt, wobei X_I der Inphase- und X_Q der Quadraturanteil eines Empfangssignalswertes sind, e₁ und e_Q die Ablagen der Inphase- und Quadraturanteile eines Empfangssignalwertes gegenüber denen des entschiedenen Soll-Signalwertes sind, X_max eine Schwelle darstellt, die größer als der Inphase- bzw. Quadraturanteil der größten Soll-Signalwerte ist, und e_max ein die Größe der inneren Lock-Out-Gebiete (LO) bestimmender Parameter ist, daß der Gebietsentscheider über mehrere Signale G mittelt und das gemittelte Signal G mit einer vorgebbaren Schwelle G_S vergleicht und daß er im Falle G < G_S ein Acquisition-Signal abgibt.