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Die vorliegende Erfindung betrifft
den Bereich der Kommunikation und insbesondere der Funkkommunikation,
die quadratur-amplitudenmodulierte Signale (QAM) verwendet.
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Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) wird
in weiten Bereichen zur digitalen Datenübertragung über Funkverbindungen verwendet.
Mit Anwendungen in interaktiven Techniken, wie digitales Fernsehen
und Internet, wird QAM als Kommunikationstechnik weiterhin in Geräten der
Verbraucherelektronik integriert werden. Tatsächlich werden die Signale des
hochauflösenden
Fernsehens (HDTV) als QAM-komprimierte digitalisierte Daten übertragen. QAM überträgt Daten
als eine Folge von zweidimensionalen komplexen Symbolen, das heißt mit sowohl Inphase-
als auch Quadraturkomponenten. Jedes Symbol nimmt einen speziellen
vordefinierten Wert basierend auf den Daten an, die es darstellt.
Ein Zeichensatz, der eine Konstellation (Anordnung der Zeichen in
der komplexen Ebene) bildet, wird durch einen Satz aller zur Übertragung
zur Verfügung
stehenden Werten definiert, wenn der Zeichensatz auf einer zweidimensionalen
Basis dargestellt wird.
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Die Größe und Form der Konstellation
hängt von
einer Anzahl von diskreten Werten in dem Satz und deren räumlichen
Anordnung in der Konstellation ab. Die vorgeschlagene Konstellation
zur Verwendung bei dem Senden von HDTV-Daten enthält beispielsweise
16, 32 oder 64 Werte.
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Um ein QAM-Signal zu empfangen, führt ein QAM-Demodulator
innerhalb eines Empfängers
die Funktionen der Taktwiederherstellung, der Entzerrung und der
Trägerwiederherstellung
durch. Die Trägerwiederherstellung
erzeugt einen Referenzträger zur
Ermittlung der inphase (I)- und quadraturmodulierten (Q) Komponenten,
beide bezüglich
der Frequenz und Phase, so daß die
empfangenen demodulierten Symbole nicht rotieren, wenn der Träger verrriegelt
ist. Das durch die Symbole quadraturmodulierte und daraufhin an
den Empfänger übertragenen
Signal ist das Trägersignal.
Die Trägerwiederherstellung
muß in
der Anwesenheit von veränderlichen Frequenzoffsets,
Verschiebungen und/oder Schwankungen (Jitter) ordnungsgemäß funktionieren
können,
wobei diese Störungen
oft zwischen dem QAM-Sender
und dem Empfänger
auftreten.
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Durch die Trägerwiederherstellung wird ein Wert
des Trägerfrequenzoffsets
in einen Gleichstromwert (DC) oder in einen digitalisierten Wert übertragen,
der als Steuereingangssignal an einen durch Spannung oder numerisch
gesteuerten Oszillator innerhalb eines Phasenregelkreises (PLL)
verwendet wird. Das Ausgangssignal dieses Oszillators, welches das
Referenzträgersignal
bezüglich
der Frequenz und der Phase verfolgt, wird daraufhin verwendet, um
beispielsweise quadraturmodulierte Basisbandinformation aus dem
empfangenem Signal zu entnehmen.
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In einem QAM-Demodulator wird ein
Schaltkreis verwendet, um zu erfassen, ob der Demodulator verriegelt
ist; das heißt,
das der Trägerwiederherstellungskreis
und der Taktwiederherstellungskreis synchronisiert sind. Dieser
Schaltkreis wird oftmals Qualitätsmonitor
des Augendiagramms (Eye Quality Monitor, EQM) genannt. Wenn dieser
feststellt, daß der
Demodulator verriegelt ist, geht der Demudulator in den Erfassungsmodus über, und
der Trägerwiederherstellungsschaltkreis
sucht nach der richtigen Trägerfrequenz,
beispielsweise durch die Verwendung eines Absuch-Schaltkreises (sweep-circuit).
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Ein Trägerwiederherstellungsschaltkreis
für einen
QAM-Demodulator wird in der Beschreibung des Patentes
US 5,471,508 offenbart. Der Trägerwiederherstellungsschaltkreis
wird in zwei Modi betrieben: Ein Erfassungsmodus, um zuerst eine
anfängliche
Trägerverriegelung
zu erreichen, während
der eine reduzierte Einteilung (slicing) der Konstellation verwendet
wird; und einen Verfolgungs- (oder Verriegelungs-) Modus, während dessen
die volle Einteilung verwendet wird, um Veränderungen der Frequenz und
Phase genau zu verfolgen, die im Träger auftreten können, während der
Schaltkreis verriegelt bleibt.
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Die Erfassung der Konstellationsgröße eines QAM-Signals
wird in der Beschreibung des Patentes
US
5,381,450 offenbart. Die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion
eines empfangenen QAM-Signals wird analysiert, um die Konstellationsgröße, d. h.
4, 16, 32, etc., zu erfassen.
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Mit den Standardalgorithmen kann
sich ein Problem daraus ergeben, daß der Demodulator falschlicherweise
als verriegelt deklariert wird, wenn der spannungsgesteuerte Oszillator
(VCO) in dem Trägerwiederherstellungsschaltkreis
mit einer Offsetfrequenz von genau Rs/4
(Rs ist die Symbolrate) oder mit einem Vielfachen
von Rs/4 schwingt. Dieser Zustand wird als
Falsche-Verriegelung-Zustand bezeichnet. Er kann auftreten, wenn
die Symbolrate des Systems niedrig ist, so daß Rs/4
in den Verriegelungsbereich der Trägerwiederherstellung fällt.
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Der herkömmliche Weg zur Durchführung der
EQM-Funktion ist das Untersuchen der empfangenen Konstellation.
Das empfangenen Signal wird einmal pro Symbol zu dem optimalen Abtastzeitpunkt abgetastet,
und der Demodulator wird als nicht verriegelt deklariert, wenn zu
viele nicht zulässige
Symbole während
einer bestimmten Periode auftreten. Wenn der VCO in der Trägerwiederherstellung
mit einem Offset von genau Rs/4 oszilliert,
rotiert die Konstellation um Rs/4. Entsprechend
bewegt sich diese zwischen jedem Abtastwert um genau einen Quadranten,
und die empfangenen Symbole werden für zulässig erklärt.
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Patent
US
4,079,329 offenbart einen digitalen Demodulator zur Wiederherstellung
eines Basisbandsignals von einem PSK-modulierten Signal mit wählbarer
Bitrate. Die Trägerwiederherstellung
und die Bittaktwiederherstellung werden durchgeführt, indem ein digitales Äquivalent
eines analogen Inphasen-Quadratur(I/Q)-Phasenregelkreises verwendet wird.
Die wiederhergestellten I- und Q-Komponenten werden zu signalangepassten
(matched) Filtern geleitet, um unerwünschte Signalkomponenten außerhalb
des Bandes zu entfernen. Ein Normalisierungskreis antwortet auf
die Ausgabe der Filter, um normalisierte Signale bereitzustellen,
deren Amplituden mit Änderungen
in der Datenrate oder in dem SignaURauschverhältnis nicht wesentlich schwanken.
Für das
Zuschneiden der Parameter auf einen in dem Trägerwiederherstellungskreis
verwendeten Regelkreisfilter gemäß der Datenrate
des eintreffenden Signals werden Schaltkreise bereitgestellt. Zum
Erfassen des Zustandes der Signalverriegelung des Demodulators und
zur Steuerung des Betriebs einer Träger-Absuchsteuerung wird ein
Verriegelungsdetektor bereitgestellt.
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Die vorliegende Erfindung sieht einen
Empfänger
für ein
quadratur-amplitudenmoduliertes (QAM) Signal vor, wobei der Empfänger einen
Demodulator zum Erzeugen von empfangenen Symbolen mit einer Symbolrate
und um einen Ursprung herum, ausgehend von dem QAM-Signal umfaßt, gekennzeichnet
durch: einen Falscher-Träger-Verriegelungschaltkreis
mit einem ersten Detektor zum Erfassen von aufeinanderfolgenden
Symbolen, die um 180° zueinander
beabstandet sind; und einen zweiten Detektor, der mit dem ersten
Detektor zusammenwirkt, um eine Verriegelung des Demodulators auf
einen falschen Träger
im weiteren gestützt
auf einen Zwischenabtastwert zwischen den aufeinanderfolgenden Symbolen,
welcher sich außerhalb
einer vorgegebenen Entfernung vom Ursprung befindet, zu erfassen.
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Vorteilhafterweise umfaßt der Empfänger weiterhin
einen Ausgangsschaltkreis zum Erzeugen eines Falsche-Verriegelung-Signals,
abhängig
von dem ersten und dem zweiten Detektor.
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Vorzugsweise umfaßt der Ausgangsschaltkreis:
wenigstes ein Logikgatter, das mit den Ausgängen des ersten und des zweiten
Detektors verbunden ist; eine Mittelungseinrichtung zum Empfangen
von Impulsen von dem wenigsten einen Logikgatter; und einen Vergleicher
zum Vergleichen der Ausgabe der Mittelungseinrichtung mit einem
Schwellwert, um das falsche Verriegelungssymbol zu erzeugen, wobei
der zweite Detektor Abtastwerte mit doppelter Symbolrate verarbeitet.
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Geeigneterweise umfaßt der Demodulator einen
steuerbaren Oszillator und einen Offset-Frequenzgenerator zum Erzeugen einer
Offset-Frequenz für
eine steuerbare Oszillation, um einen Träger des QAM-Signals zu verriegeln,
wobei der Demodulator gegenüber
einer Verriegelung auf einen falschen Träger abhängig davon empfindlich ist,
daß die
Offset-Frequenz im wesentlichen gleich der Symbolrate geteilt durch
4 oder ein ganzzahligens Vielfaches hiervon ist.
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Vorteilhafierweise definieren der
steuerbare Oszillator und der Offset-Fregenzgenerator einen Verriegelungs-Frequenzbereich,
so daß bei
relativ niedrigen Symbolraten die Symbolrate geteilt durch 4 innerhalb
des Vemegelungs-Frequenzbereichs liegt, und der Demodulator umfaßt ferner
einen Taktwiederherstellungschaltkreis.
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Vorzugsweise umfaßt der Empfänger eine Abstimmeinrichtung;
einen Analog-Digital-Wandler, der
zwischen der Abstimmeinrichtung und dem Modulator angeschlossen
ist; und ein Dekodierer, der an dem Demodulator angeschlossen ist.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung sieht ein Verfahren zum Erfassen einer falschen Trägerverriegelung
für ein
quadratur-amplitudenmoduliertes (QAM) Signal vor, gekennzeichnet
durch die Schritte: Erfassen, ob aufeinanderfolgende empfangene
Symbole des QAM-Signals 180° voneinander beabstandet
sind; Erfassen, ob ein Zwischenabtastwert zwischen den aufeinanderfolgenden
emfangenen Symbolen außerhalb
eines vorgegebenen Abstands zu seinem Ursprung liegt; und Bestimmen
einer Falscher-Träger-Verriegelung
gestützt
darauf, daß die
aufeinanderfolgenden empfangenen Symbole um 180° beabstandet sind und der Zwischenabtastwert
außerhalb
des vorgegebenen Abstands vom Ursprung liegt.
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Geeigneterweise umfaßt das Verfahren
weiterhin den Schritt des Erzeugens eines Falsche-Verriegelung-Signals,
abhängig
von der Ermittlung der falschen Trägerverriegelung.
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Vorteilhafterweise umfaßt das Verfahren
weiterhin die Schritte: Erzeugen eines Mittelwerts der Impulse über eine
vorgegebene Zeitdauer; Vergleichen des Mittelwerts mit einem Schwellwert,
um das Falsche-Verriegelungs-Signal zu erzeugen: und Abtasten der
Symbole mit doppelter Symbolrate.
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Vorzugsweise umfaßt das Verfahren weiterhin
die Schritte: Erzeugen empfangener Symbole um einen Ursprung herum
mit einer Symbolrate, ausgehend von dem QAM-Signal, und Erzeugen
einer Offsetfrequenz für
einen steuerbaren Oszillator des Demodulators, um einen Träger des
QAM-Signals zu verriegeln, wobei der Demodulator empfänglich gegenüber einer
falschen Trägerverriegelung
abhängig davon
ist, daß die
Offsetfrequenz im wesentlichen gleich der Symbolrate geteilt durch
4 oder ein Vielfaches hiervon ist.
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Die Erfindung wird nun anhand von
Beispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
wobei:
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1 eine
graphische Darstellung eine Konstellation ist, die das Verfahren
des Überwachens des
empfangenem QAM-Signals nach dem Stand der Technik darstellt.
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2 ein
vereinfachtes schematisches Diagramm eines Empfängers einschließlich eines
Falscher-Träger-Verriegelungsdetektors
ist.
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3 ein
detaillierteres schematisches Diagramm eines Falscher-Träger-Verriegelungsdetektors
nach 2 ist; und
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4 und 5 graphische Darstellungen
der Konstellation sind, die das Verfahren veranschaulichen.
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Die Erfindung betrifft einen Falscher-Träger-Verriegelungsdetektor
für einen
QAM-Demodulatorschaltkreis
und das zugehörige
Verfahren, welches erfaßt,
ob die Konstellation um Rs/4 (oder ein Vielfaches
von Rs/4) rotiert und der QAM-Demodulatorschaltkreis
falsch verriegelt ist. Die Grundkomponenten eines Empfängers 10 einschließlich eines Falscher-Träger-Verriegelungsdetektors
entsprechend der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf
die 2 und 3 beschrieben. Der Empfänger 10 umfaßt eine
Abstimmeinrichtung 12 und einen Analog-Digital-Wandler 14 zur
anfänglichen
Bearbeitung eines empfangenen QAM-Signals. Der Empfänger 10 umfaßt zusätzlich einen
Demodulator 16 und einen Deko dierer 18 für das darauffolgende
Bearbeiten und Ausgeben der Information des empfangenen QAM-Signals.
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Der Demodulator 16 erzeugt
aus einem QAM-Signal empfangene Symbole mit einer Symbolrate, die
um einen Ursprung angeordnet sind. Ein typischer Demodulator 16 umfaßt einen
Träger-Wiederherstellungsschaltkreis 22 und
einen Takt-Wiederherstellungsschaltkreis 24. Wie gewöhnlich erzeugt
der Taktschaltkreis Taktimpulse, um zu gewährleisten, daß das Abtasten
bei einer vorherbestimmten Rate durchgeführt wird, zum Beispiel bei der
Symbolrate. Weiterhin führt
der Träger-Wiederherstellungschaltkreis 22 eine
Trägerwiederherstellung
mittels eines Phasenregelschaltkreises (PLL) durch, in dem ein Referenzträger zur
Verwendung der "De-Rotation" eingehender Symbole erzeugt wird.
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Der Trägerwiederherstellungsschaltkreis 22 umfaßt einen
steuerbaren Oszillator 26, wie einen spannungsgesteuerten
Oszillator (VCO), und einen Offsetfrequenz-Erzeuger 28 zum
Erzeugen einer Offsetfrequenz für
den steuerbaren Oszillator 26, um einen Träger des
QAM-Signals zu.
verriegeln. Unglücklicherweise
ist der Demodulator 16 empfindlich gegenüber falscher
Trägerverriegelungen
als Reaktion auf die Offsetfrequenz, welche im wesentlichen der
Symbolrate (Rs) geteilt durch 4 (Rs/4) oder einem ganzzahliges Vielfachen hiervon
entspricht. Der steuerbare Oszillator 26 und der Offset-Frequenzgenerator 28 definieren
einen Verriegelungsfrequenzbereich. Die falsche Trägerverriegelung
kann auftreten, wenn die Symbolrate relativ gering ist, so daß Rs/4 innerhalb des Verriegelungs-Frequenzbereichs
liegt.
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Deshalb umfaßt der Empfänger 10 einen Falsche-Trägerverriegelung-Detektor 20,
um einen Zustand der falschen Verriegelung des Demodulators 16 festzustellen.
Der Falsche-Trägerverriegelung-Detektor 20 der
Erfindung tastet die Konstellation mit der doppelten Symbolrate
ab. In dem normalen Fall, wenn die Konstellation nicht rotiert,
wenn zwei aufeinanderfolgende empfangene Symbole 180° voneinander
entfernt sind, wird der zwischen den zwei Symbolen aufgenommene
Abtastwert sich in der Nähe
des Ursprungs befindet. Dieses ist in 4 gezeigt,
worin A und C zwei aufeinanderfolgende Symbole darstellen und X
den Zwischenabtastwert darstellt, der sich veranschaulichend innerhalb
des Fensters W um den Ursprung befindet. Wenn jedoch die Konstellation
mit Rs/4 oder mit einem ganzzahligen Vielfachen
davon rotiert, wenn die beiden aufeinanderfolgenden empfangenen
Symbole A' und B' 180° voneinander
entfernt liegen, wird der zwischen zwei Symbolen genommene Zwischenabtastwert
X' sich nicht in der Nähe
des Ursprungs befinden, wie in 5 gezeigt.
Stattdessen wird der Zwischenabtastwert X' außerhalb des Fensters W liegen.
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Insbesondere in Bezug auf 3 werden in dem Falsche-Trägerverriegelung-Detektor 20 die
I- und Q-Basisbandsignale, die von dem Demodulator 16 stammen,
an einen 180°-Detektorschaltkreis 30 angelegt,
der feststellt, daß zwei
aufeinander folgende Symbole um 180° voneinander entfernt sind.
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Zudem werden die I- und Q-Basisbandsignale
an einen zweiten oder Ursprungsnähe-Detektorschaltkreis 32 angelegt,
der ermittelt, ob sich n Zwischenabtastwerte innerhalb eines Fensters
um den Ursprung herum befinden. Wenn zwei aufeinanderfolgende Symbole
A' und B' 180° auseinander
liegen und der Zwischenabtastwert X' sich nicht in der Nähe des Ursprungs
befindet (5), wird am
Ausgang eines logischen Gatters 34, beispielsweise ein AND-Gatter
mit einem invertierenden Eingang, welcher mit dem Ursprungsnähe-Detektor 32 verbunden ist,
ein Impuls vorliegen. Diese Impulse werden durch einen Mittelungsschaltkreis
oder durch eine Mittelungseinrichtung 36 über eine
vorbestimmte Zeit gezählt
oder integriert. Wenn die Ausgabe der Mittelungseinrichtung 36 höher als
eine vorbestimmte Schwelle ist, wird ein Vergleicherschaltkreis 38 ein Falsche-Verriegelung-Zustand
als Ausgabe an dem Ausgang der Mittelungseinrichtung 36 angegeben.
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Die Mittelungseinrichtung 36 und
der Vergleicher 38 können
entweder digital oder analog sein, und die Mittelungseinrichtung
kann ein RC-Tiefpassfilter umfassen. Der Falsche-Verriegelung-Detektor 20 der
vorliegenden Erfindung kann für
jede QAM-Modulation, beispielsweise für 4, 16, 32, 64, 128 oder 256-QAM,
verwendet werden.
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Entsprechend eines Verfahrensaspektes
der Erfindung werden Schritte zum Ermitteln einer falschen Verriegelung
des Demodulators 16 bereitgestellt. Die Schritte umfassen
das Erzeugen um einen Ursprung angeordneter, empfangener Symbole
aus dem QAM-Signal mit einer Symbolrate; und das Erzeugen einer
Offsetfrequenz für
einen steuerbaren Oszillator 26 des Demodulators 16,
um einen Träger des
QAM-Signals zu verriegeln. Wie oben dargestellt, ist der Demodulator 16 unglücklicherweise empfindlich
gegenüber
einer falschen Trägerverriegelung
als Reaktion auf die Offset-Frequenz, welche im wesentlichen gleich
Rs/4 oder ein ganzzahliges Vielfaches hiervon
ist.
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Außerdem umfaßt das Verfahren den Schritt der
Bearbeitung der Abtastwerte bei der doppelten Symbolrate. Weiterhin
umfaßt
das Verfahren: Ermitteln, ob die aufeinanderfolgenden empfangenen Symbole
180° voneinander
entfernt sind; Ermitteln, ob ein Zwischenabtastwert zwischen den
aufeinanderfolgend empfangenen Symbolen außerhalb einer vorbestimmten
Entfernung von dem Ursprung liegt; und Ermitteln einer falschen
Trägerverriegelung
basierend darauf, daß die
empfangenen, aufeinanderfolgenden Symbolen A' und B' um 180° voneinander entfernt
sind und daß der
Zwischenabtastwert X' sich außerhalb
der vorbestimmten Entfemung; von dem Ursprung, also außerhalb
eines Fensters W', befindet, wie in 5 dargestellt.
Das Verfahren kann den Schritt des Erzeugens eines Falsche-Verriegelung-Signals
umfassen, der auf der Erfassung einer falschen Trägerverriegelung
basiert. Gemäß 3 umfaßt das Erzeugen dieses Falsche-Verriegelung-Signals
vorzugsweise die Schritte: Erzeugen eines Impulses, der auf 180° voneinander
entfernten, aufeinanderfolgenden empfangenen Symbolen sowie auf
dem Zwischenabtastwert, der außerhalb
der vorbestimmten Entfernung von dem Ursprung liegt, basiert; Erzeugen
eines Mittelwerts der Impulse während
einer vorbestimmten Zeitdauer; und Vergleichen des Mittelwerts mit
einem Schwellwert, um das Falsche-Verriegelung-Signal zu erzeugen.
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Der Empfänger 10 einschließlich des
Falsche-Verriegelung-Detektor 20 kann in einem breiten Bereich
von Funkfrequenzen verwendet werden und ist insbesondere vorteilhaft
für Mikrowellen-Funkfrequenzen.
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Ein Empfänger umfaßt einen Demodulator und einen
Falsche-Trägerverriegelung-Detektorschaltkreis
für ein
Quadratur-Amplituden-moduliertes (QAM) Signal. Der Demodulator umfaßt einen
steuerbaren Oszillator und einen Offsetfrequenzgenerator zum Erzeugen
einer Offsetfrequenz für
den steuerbaren Oszillator, um einen Träger des QAM-Signals zu verriegeln.
Der Demodulator ist gegenüber
einer Verriegelung auf einen falschen Träger abhängig davon empfindlich, ob
die Offsetfrequenz im wesentlichen gleich der Symbolrate geteilt
durch 4 oder ein ganzzahliges Vielfaches hiervon ist. Der Empfänger umfaßt weiterhin
den Falsche-Trägerverriegelung-Detektorschaltkreis
einschließlich
eines ersten Detektors zur Erfassung von 180° voneinander entfernten, aufeinanderfolgenden
Symbolen und einen zweiten Detektor zur Erfassung, ob ein Zwischenabtastwert
zwischen den aufeinanderfolgenden Symbolen sich außerhalb
einer vorbestimmten Entfernung von dem Ursprung befindet.