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Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zur Trägernachführung (Tracking)
bei einem IQ-Demodulator laut Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Zur Demodulation von Funksignalen,
die nach einem kohärenten
mehrstufigen Amplitudenmodulationsverfahren, beispielsweise nach
der bekannten Quadraturamplitudenmodulation mit oder ohne Offset
(OQAM oder QAM), moduliert sind (siehe beispielsweise R. Mäusle, "Digitale Modulationsverfahren", Hüthig-Verlag,
S. 230-244), muß im
Empfänger die
Trägerphase
und Trägerfrequenz
des die Funksignale ausstrahlenden Senders exakt bekannt sein. Insbesondere
bei paketorientierten Verfahren, bei denen die digitalen Daten,
die auch kodierte Sprache darstellen können, nicht in kontinuierlichen
Datenströmen,
sondern in zeitlich aufeinanderfolgenden Datenpaketen übertragen
werden, werden an die Rückgewinnung
und Erhaltung von Trägerphase
und Trägerfrequenz
besondere Anforderungen gestellt, da hier eine besonders schnelle
Synchronisaton wünschenswert
ist. Weiterhin muß der
für die
Datenübertragung
verwendete Symboltakt bekannt sein. Zu diesem Zweck ist es bekannt,
aus einer zu Beginn des Datenpakets übertragenen Synchronisationssequenz
die Trägerfrequenz
und Trägerphase
zu bestimmen und damit die Anfangswerte für den spannungsgesteuerten
Oszillator des IQ-Demodulators zu bestimmen. Nach Schätzung des
Symboltaktes aus dieser Synchronisationssequenz wird außerdem der
Zeitpunkt des ersten Datensymbols des eigentlichen Nutzdaten-Abschnittes
des Datenpakets ermittelt. Damit können dann die Nutzdaten detektiert
werden. Die Schätzung
der Frequenz und Phase ist jedoch nicht beliebig exakt. Eine ungenaue
Frequenzschätzung
bewirkt beispielsweise eine stetige Zunahme des Phasenfehlers, bis
die Nutzdaten schließich überhaupt
nicht mehr detektiert werden können.
Daher muß auch
während
der Nutzdaten-Auswertung ständig
eine Trägerphasen-Nachregelung
durchgeführt
werden.
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Zu diesem Zweck sind neben nichtdatengestützten Trägernachführverfahren
auch sogenannte datengestützte
Trägernachführverfahren
bekannt, die einen Entscheider benutzen, mit dem die gesendete Datenfolge
wiedergewonnen wird und bei denen der Realteil der Korrelation zwischen
dieser Datenfolge und der Basisbanddarstellung des Empfangssignalsmaximiert
wird (James K. Cavers, Carrier and Clock Recovery for ARINC 750
Modulation., 1992, Simon Fraser University, S. 5). 1 zeigt anhand eines Prinzipschaltbildes
die Wirkungsweise dieses bekannten datengestützten Nachführverfahrens für den Träger. Das über eine
Antenne 1 empfangene und nach einem mehrstufigen vorzugsweise
kohärenten
Modulationsverfahren modulierte Funksignal wird in einer Vorselektionsstufe 2 des
Empfängers durch
ein- oder mehrmaliges Herabmischen in ein reelles Zwischenfrequenzsignal
ZF umgesetzt, das einem IQ-Demodulator 3 zugeführt wird.
In den Fig. sind die komplexe Signale führenden Verbindungen mit Doppelstrichen
dargestellt. Im IQ-Demodulator 3 wird das Zwischenfrequenzsignal
ZF durch das komplexe Ausgangs signal A eines spannungsgesteuerten
Oszillators 4 in das komplexe Basisbandsignal B umgesetzt,
das einem Entscheider 5, beispielsweise einem Schwellwertentscheider,
zugeführt
wird und in welchem aus dem Basisbandsignal die dem Funksignal aufmodulierte
komplexe Datenfolge rückgewonnen
wird, die anschließend
weiter ausgewertet wird. Aus den komplexen Daten am Ausgang 7 des
Entscheiders 5 wird ein Referenzsignal R abgeleitet und einem
Phasendetektor 15 zugeführt,
in welchem die Phase dieses Referenzsignals R mit der Phase des komplexen
Basisbandsignales B verglichen wird. Im Phasendetektor 15 wird
zunächst
in einem Rechenschritt 8 der konjugiert komplexe Wert des
Referenzsignals R gebildet und im komplexen Multiplizierer 9 mit
dem Basisbandsignal B multipliziert. Vom Ergebnis S der Multiplikation
wird in einem anschließenden Rechenschritt 10 das
Argument (das ist der Winkel einer komplexen Zahl) gebildet. Am
Ausgang 16 des Phasendetektors 15 entsteht also
ein Phasenfehlersignal, das über
ein Tiefpaßfilter
11 dem Steuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators 4 zugeführt wird.
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Ein Nachteil dieser bekannten datengestützten Regelanordnung
ist das relativ starke Eigenrauschen (Self Jamming) des Detektors,
das wegen den durch Sende- und Empfangsfilter bedingten Intersymbolinterferenzen
auftritt. Diese werden bei der Gewinnung der Referenz durch den
Entscheider 5 nicht berücksichtigt,
so daß der
Phasendetektor 15 das intersymbolinterferenzfreie Signal
R mit dem Basisbandsignal B, das Intersymbolinterferenzen aufweist,
vergleicht. Deswegen hält
der Phasendetektor die Intersymbolinterferenzen für zeitabhängige Phasenfehler
des Basisbandsignals B und erzeugt ein entspre chendes Ausgangssignal,
dessen zeitlicher Verlauf von den Intersymbolinterferenzen abhängt und
deswegen rauschförmig
ist.
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Aus der
US 3,818,347 ist bereits eine Vorrichtung
bekannt, bei der eine datengestützte
Trägernachführung bei
einem IQ-Demodulator zum Demodulieren eines nach einem mehrstufigen
Modulationsverfahren modulierten Funksignalen erfolgt. Die Vorrichtung
verfügt über einen
spannungsgesteuerten Oszillator, einen Entscheider und einen Phasendetektor.
Mittels des komplexen Ausgangssignals des Oszillators wird im IQ-Demodulator
das Eingangssignal ins Basisband umgesetzt. Im Entscheider wird
die übertragene
Datenfolge rückgewonnen. Im
Phasendetektor wird die Phase des Basisbandsignals mit der Phase
eines aus der rückgewonnenen Datenfolge
abgeleiteten Referenzsignals verglichen und durch das Ausgangssignal
des Phasendetektors der spannungsgesteuerte Oszillator auf die Frequenz und
Phase des Trägers
geregelt. Nicht aus dieser Druckschrift entnehmbar ist, daß zwischen
dem Ausgang des Entscheiders und dem Phasendetektor ein Filter mit
einer der Übertragungsstrecke
zwischen Sender-Basisband
und Empfänger-Basisband
entsprechenden Impulsantwort angeordnet ist.
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Vorrichtungen zur Kompensation der
Impulsantwort einer Übertragungsstrecke
zwischen Sender-Basisband und Empfänger-Basisband sind als quantisierte
Rückkopplung
im Zusammenhang mit der Rückgewinnung
der übertragenen
Datenfolge aus KAMMEYER; Karl Dirk: "Nachrichtenübertragung ", 1992, Stuttgart, Teubner-Verlag, ISBN 3-519-0614-2,
S.200-202 bekannt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung,
eine Trägernachführung der
bezeichneten Art bezüglich
Eigenrauschen zu verbessern.
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Dies wird ausgehend von einer Anordnung zur
Trägernachführung laut
Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Eine
vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Unteranspruch.
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Bei der erfindungsgemäßen Trägernachführung wird
aus den im Entscheider rückgewonnenen Daten
durch das zwischengeschaltete Filter das genaue Eingangsignal berechnet,
das am Detektoreingang erscheinen müßte, wenn kein Phasenfehler vorliegt.
Dies wird dadurch erreicht, daß das
zwischengeschaltete Filter eine Impulsantwort besitzt, die den Impulsantworten
der im Sender und im Empfänger
zur Signalaufbereitung verwendeten Filter und der Übertragungsstrecke
entspricht. Die Impulsantwort der im Sender und im Empfänger benutzten
Filter sind bekannt, die des Übertragungskanals kann
in der Praxis vernachlässigt
werden, so daß aus diesen
Angaben die Impulsantwort des am Ausgang des Entscheiders zwischengeschalteten
Filters exakt durch Fatung der Impulsantworten der Sende- und Empfangsfilter
nachgebildet werden kann. Auf diese Weise kann ein Filter realisiert
werden, dessen Impulsantwort exakt mit der der gesamten Übertragungsstrecke
vom Basisband des Senders bis zum Basisband des Empfängers identisch
ist. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung
vergleicht also der Detektor die Phasenlage des so korrigierten
Referenzsignals mit dem tatsächlich
am Eingang des Entscheiders vorhandenen Basisbandsignal. Liegt kein
Phasenfehler vor und ist der Kanal nicht durch Rauschen gestört, dann
sind beide Signale definitionsgemäß exakt identisch und der Detektor
liefert kein Ausgangssignal, also auch kein Rauschen. Das gilt,
solange das Filter keine Laufzeit hat. Da ein Filter ohne Laufzeit
nicht realisierbar ist, muß durch
eine geeignete Einrichtung sichergestellt werden, daß die Eingangssignale
des Phasendetektors 15 trotz des Filters nicht gegeneinander
zeitversetzt sind. Deswegen wird das Basisbandsignal B nicht mehr
direkt, sondern über
ein entsprechend bemessenes Verzögerungsglied
auf den Detektoreingang gegeben.
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Die erfindungsgemäße Trägernachführung kann im Prinzip als Analogschaltung
aufgebaut sein, wie dies anhand der Prinzipschaltbilder beschrieben ist.
In modernen Empfängern
erfolgt nach der Vorselektion des Funksignals durch ein- oder mehrmaliges Herabmischen
auf die Zwischenfrequenz meist bereits in der ZF-Lage eine Analog/Digital-Wandlung,
in diesem Fall arbeitet natürlich
auch der IQ-Mischer und die anderen Bauteile der Gesamtanordnung
rein digital, die einzelnen Signalaufbereitungsabschnitte einschließlich des
erfindungsgemäßen Filters
werden dann als Algorithmus in einem digitalen Signalprozessor oder
als festverdrahtete (integrierte) Digitalschaltung nachgebildet.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße Anordnung
mit dem zwischen Ausgang 7 des Entscheiders und Eingang
des Phasendetektors 15 zwischengeschalteten Filter 12,
dessen Impulsantwort mit der Impulsantwort der gesamten Über tragungsstrecke, also
insbesondere der im Sender und im Empfänger des im Signalaufbereitungszuges
verwendeten Filter identisch ist. Zwischen Ausgang des IQ-Demodulators 3 und
dem Phasendetektor 15 ist außerdem ein die Laufzeit dieses
Filters 12 ausgleichendes Verzögerungsglied 14 angeordnet.
Falls der Entscheider eine Laufzeit besitzt (z.B. Viterbi-Algorithmus),
wird diese ebenfalls durch das Verzögerungsglied kompensiert.